(57)【要約】【課題】黒鉛マトリックス材の収支に着目した合理的な測定手段でオーバコート層の成長量を正確に把握できるようにし、もって高品質のオーバコート粒子を歩留まりよく製造することのできる方法と装置を提供する。【解決手段】原材料供給系１１から回転容器２５内に供給する黒鉛マトリックス材の総供給量と、回転容器２５に付着する黒鉛マトリックス材の容器付着量と、回転容器２５内から回転容器２５外に排出されて回収される黒鉛マトリックス材の排出分回収量とをそれぞれの測定手段（測定機器１５・２７・３７）で測定する。これらの測定値を用いた演算処理において、総供給量から容器付着量と排出分回収量とを減じることで被覆燃料粒子Ａの表面におけるオーバコート層ｂの成長量を求め、その成長量によりオーバコート層ｂを監視しながらオーバコート粒子Ｂをつくる。【選択図】図１
2007263664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティング用の回転容器内で被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材によりコーティングしてオーバコート粒子を製造するための方法において、原材料供給系から回転容器内に供給する黒鉛マトリックス材の総供給量と、回転容器に付着する黒鉛マトリックス材の容器付着量と、回転容器内から回転容器外に排出されて回収される黒鉛マトリックス材の排出分回収量とをそれぞれの測定手段で測定すること、および、これらの測定値を用いた演算処理において、総供給量から容器付着量と排出分回収量とを減じることで被覆燃料粒子表面におけるオーバコート層の成長量を求め、その成長量によりオーバコート層を監視しながらオーバコート粒子をつくることを特徴とするオーバコート粒子の製造方法。
【請求項２】
黒鉛マトリックス材の総供給量と、回転容器に付着する黒鉛マトリックス材の容器付着量と、回転容器内から回転容器外に排出される黒鉛マトリックス材の排出分回収量とをそれぞれ重量測定する請求項１に記載されたオーバコート粒子の製造方法。
【請求項３】
被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材とを共存させて攪拌することにより被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材でコーティングするためのコーティング用の回転容器と、黒鉛マトリックス材を回転容器内に供給するための原材料供給系と、回転容器内にあって定着しない無効な黒鉛マトリックス材を回転容器外に排出して回収するための原材料回収系とを有するものであること、および、回転容器に付着した黒鉛マトリックス材の容器付着量を測定するための測定機器が当該回転容器に装備されていること、および、黒鉛マトリックス材の供給量を測定するための測定機器が原材料供給系に装備されていること、および、黒鉛マトリックス材の排出分回収量を測定するための測定機器が原材料回収系に装備されていることを特徴とするオーバコート粒子の製造装置。
【請求項４】
回転容器に付着した黒鉛マトリックス材の容器付着量を測定するための測定機器が膜圧測定器からなり、黒鉛マトリックス材の供給量を測定するための測定機器が重量測定器からなり、黒鉛マトリックス材の排出分回収量を測定するための測定機器が重量測定器からなる請求項３に記載されたオーバコート粒子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオーバコート粒子を製造するのに適した方法と装置に関し、より詳しくは、当該製造時におけるオーバコート層の成長を監視（モニタ）できるように改善して高品質のオーバコート粒子を歩留まりよく製造できるようにした方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温ガス炉については周知のとおり、熱容量が大きくて高温健全性の良好な黒鉛で炉心構造（燃料を含む）を構成し、高温下でも化学反応の起こらない不活性ガスたとえばＨｅガスを冷却ガスとして用いている。こうすることで固有の安全性が高くなり、高い出口温度のＨｅガスも取り出すことができるようになる。この高温ガス炉から得られる約９００℃の高熱は、発電をはじめ、水素製造・化学プラント・その他を含む幅広い分野での熱利用を可能にするものである。
【０００３】
高温ガス炉の燃料については、下記の特許文献１〜２や非特許文献１を参照してつぎのことがいえる。直径５００〜１０００μｍの被覆燃料粒子は、核燃料物質の酸化物からなる燃料核（直径３５０〜６５０μｍ）の外周面に４層の被覆が施されたものである。この被覆層のうちで、低密度炭素（密度約１ｇ／ｃｍ３）からなる第１被覆層は、ガス状の核分裂生成物ＦＰを溜めるためのガス溜め機能と燃料核スウェリングを吸収するためのバッファ機能とを併せもつものである。高密度炭素（密度約１．８ｇ／ｃｍ３）からなる第２被覆層にはガス状ＦＰの保持機能があり、炭化珪素ＳｉＣ（密度約３．２ｇ／ｃｍ３）からなる第３被覆層には固体状ＦＰの保持機能がある。第２被覆層と同様の高密度炭素からなる第４被覆層には、固体状ＦＰの保持機能があるほか第３被覆層に対する保護機能もある。これら以外に関しては、被覆燃料粒子を黒鉛粉末と混ぜ合わせて一定の形状に焼結したものが燃料コンパクトとなり、一定数量の燃料コンパクトを黒鉛筒に入れて封じたものが燃料棒となる。最終的には、所定数の燃料棒を黒鉛ブロックの各挿入口に装填したものが高温ガス炉の燃料となる。
【０００４】
高温ガス炉の燃料は下記のようにして製造するのが一般である。燃料核をつくる初期のステップでは、酸化ウラン粉末を硝酸に溶解して硝酸ウラニル原液をつくり、これに純水や増粘剤を加え攪拌することにより滴下原液とする。ここで増粘剤は、落下時の滴下液滴を表面張力で真球状にするため添加するものである。この増粘剤についてはポリピ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・メトローズなどをあげることができる。つぎのステップでは、所定の温度に冷却して粘度調整した滴下原液を、振動状態にある細径の滴下ノズルよりアンモニア水溶液中に滴下する。この際の滴下液滴は、アンモニア水溶液に着水するまでの間、アンモニアガスの吹き付けで表面がゲル化するため着水時の変形が生じない。かくてアンモニア溶液中に滴下された滴下原液（硝酸ウラニル原液）は重ウラン酸アンモニウム粒子となる。このつぎのステップで重ウラン酸アンモニウム粒子は、これを乾燥してから酸化・還元・焼結する。さらに、燃料核を第１被覆層〜第４被覆層で被覆して被覆燃料粒子をつくるときは、燃料核を高温流動床に導入しＣＶＤ法を実施することにより各層を形成する。ちなみに第１被覆層の場合は約１４００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を熱分解し、第２被覆層と第４被覆層の場合は約１４００℃でプロピレン（Ｃ３Ｈ６）を熱分解し、第３被覆層のＳｉＣの場合は約１６００℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解する。燃料コンパクトをつくるときは、被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材でコーティングしてオーバコート粒子とした後、そのオーバコート粒子を成形かつ焼結する。オーバコート粒子については、単に被覆燃料粒子と称するほかオーバコート被覆燃料粒子と称することもある。燃料棒をつくるステップでは、燃料コンパクトを黒鉛筒に封入すればよい。こうして得られた燃料棒を黒鉛ブロックの各挿入口に装填することで高温ガス炉の燃料ができあがる。
【０００５】
高温ガス炉に用いられる既成の燃料は概略でつぎのような仕様である。被覆燃料粒子は直径が５００〜１０００μｍである。これを黒鉛マトリックス材でコーティングしたオーバコート粒子の場合は直径が１０００〜２０００μｍである。したがって被覆燃料粒子の外周面には厚さ１００〜５００μｍもの黒鉛マトリックス材が付着していることになる。このオーバコート粒子を燃料コンパクト中に均一分散させるためには、オーバコート粒子の直径（外径）を高精度に仕上げておくことが重要である。そうでないと、粒子の分散不均一に起因して燃料が低品質のものになる。さらに敷衍すると、オーバコート精度の高い被覆燃料粒子が高歩留まりで高速生産できるときは、最終の燃料製品なども高精度にして廉価なものとなる。
【０００６】
このような技術事項を考慮に入れた粒子製造手段として、外径の均一化をはかりながらオーバコート粒子を製造するという転動造粒技術がある。この転動造粒技術は周知のとおり、被覆燃料粒子入りのパン（皿形をしたコーティング用の回転容器）を回転させながら粒子表面を黒鉛マトリックス材でコーティングするという方法である。具体的には、回転容器を回転させてここに入れた被覆燃料粒子を転動させ、かつ、アルコールを吹き付けながら黒鉛マトリックス材（結合剤を含む）を散布することにより、被覆燃料粒子の表面に黒鉛マトリックス材によるオーバコート層を形成する。
【特許文献１】特開平０６−２６５６６９号公報
【特許文献２】特開平０７−２１８６７４号公報
【非特許文献１】原子力百科事典  ＡＴＭＩＣＡ［平成18年 2月 7日インターネット検索］＜ＵＲＬ：http://www-atm.jst.go.jp/atomica/03030301_1.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した転動造粒技術の場合、オーバコート粒子の製造中においてオーバコート層の成長量を直接測定するのは困難である。その対策として、黒鉛マトリックス材と共にオーバコート粒子に吹き付けられるアルコールの付着量に着目し、これとの関連でオーバコート粒子（乾燥前）の重量を推定している。すなわち、オーバコート粒子に付着するアルコールについて、温度や湿度などを考慮に入れた経験値からその付着量を推定した後、黒鉛マトリックス材による必要コーティング量とアルコール付着推定量とを参考にして、乾燥前のオーバコート粒子重量を推定している。
【０００８】
しかしながら上記の重量推定については、つぎのような理由で正確を期すのが難しい。その一つは、オーバコート粒子の乾燥後に黒鉛マトリックス材の量を測定するとき、アルコール付着量が推定どおりでないため、コーティングされた黒鉛マトリックス材の量に関する誤差が大きくなることである。他の一つは、製造に係るオーバコート粒子のバッチごとにこの種の誤差が安定しないため、バッチ間の被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材の重量割合に関する誤差が大きくなることである。黒鉛マトリックス材の重量が正確に把握できないときは自明のとおり、高品質のオーバコート粒子を安定して得るのが難しくなる。もちろん重量にバラツキのあるオーバコート粒子では、その後のプレス成型でオーバコート粒子の分取量などを調整するにしても、成型される燃料コンパクト中の被覆燃料粒子の充填率や黒鉛マトリックス材の密度などの特性が安定せず、最終の燃料製品も高精度のものには仕上がらない。
【０００９】
本発明はこのような技術上の課題に鑑み、黒鉛マトリックス材の収支に着目した合理的な測定手段でオーバコート層の成長量を正確に把握できるようにし、もって高品質のオーバコート粒子を歩留まりよく製造することのできる方法と装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るオーバコート粒子の製造方法は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発明方法は、コーティング用の回転容器内で被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材によりコーティングしてオーバコート粒子を製造するための方法において、原材料供給系から回転容器内に供給する黒鉛マトリックス材の総供給量と、回転容器に付着する黒鉛マトリックス材の容器付着量と、回転容器内から回転容器外に排出されて回収される黒鉛マトリックス材の排出分回収量とをそれぞれの測定手段で測定すること、および、これらの測定値を用いた演算処理において、総供給量から容器付着量と排出分回収量とを減じることで被覆燃料粒子表面におけるオーバコート層の成長量を求め、その成長量によりオーバコート層を監視しながらオーバコート粒子をつくることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るオーバコート粒子の製造方法は下記のような課題解決手段も特徴とする。すなわち本発明方法は、上記において、黒鉛マトリックス材の総供給量と、回転容器に付着する黒鉛マトリックス材の容器付着量と、回転容器内から回転容器外に排出される黒鉛マトリックス材の排出分回収量とをそれぞれ重量測定することも特徴とする。
【００１２】
本発明に係るオーバコート粒子の製造装置は所期の目的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。すなわち本発明装置は、被覆燃料粒子と黒鉛マトリックス材とを共存させて攪拌することにより被覆燃料粒子を黒鉛マトリックス材でコーティングするためのコーティング用の回転容器と、黒鉛マトリックス材を回転容器内に供給するための原材料供給系と、回転容器内にあって定着しない無効な黒鉛マトリックス材を回転容器外に排出して回収するための原材料回収系とを有するものであること、および、回転容器に付着した黒鉛マトリックス材の容器付着量を測定するための測定機器が当該回転容器に装備されていること、および、黒鉛マトリックス材の供給量を測定するための測定機器が原材料供給系に装備されていること、および、黒鉛マトリックス材の排出分回収量を測定するための測定機器が原材料回収系に装備されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るオーバコート粒子の製造装置は下記のような課題解決手段も特徴とする。すなわち本発明装置は、上記において、回転容器に付着した黒鉛マトリックス材の容器付着量を測定するための測定機器が膜圧測定器からなり、黒鉛マトリックス材の供給量を測定するための測定機器が重量測定器からなり、黒鉛マトリックス材の排出分回収量を測定するための測定機器が重量測定器からなることも特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明において、被覆燃料粒子の表面を黒鉛マトリックス材でコーティングしてオーバコート粒子を製造するときの黒鉛マトリックス材については下記（１）〜（５）のような関係式が成り立つ。これらの式は当該粒子製造における黒鉛マトリックス材の収支を判然とさせる関係式でもある。
［総供給量SW］＝［全使用量UW］…（１）
［全使用量UW］＝［有効使用量UW11＋無効使用量UW21］…（２）
［無効使用量UW21］＝［容器付着量UW22＋排出分回収量UW23］…（３）
［総供給量SW］＝［有効使用量UW11＋容器付着量UW22＋排出分回収量UW23］…（４）
［有効使用量UW11］＝［総供給量SW−容器付着量UW22−排出分回収量UW23］…（５）
【００１５】
上記（１）式において、総供給量ＳＷはオーバコート粒子の製造に際して回転容器内に供給される黒鉛マトリックス材の総量、全使用量ＵＷは供給された全ての黒鉛マトリックス材を使い切る量である。ゆえに総供給量ＳＷと全使用量ＵＷは（１）式のように量的に等しい。上記（２）式の有効使用量ＵＷ１１は、総供給量ＳＷ（＝全使用量ＵＷ）のうちで被覆燃料粒子に付着する黒鉛マトリックス材の量である。有効使用量ＵＷ１１は、また、被覆燃料粒子に付着して堆積成長するオーバコート層の分量にも相当する。上記（２）式の無効使用量ＵＷ２１は、総供給量ＳＷ（＝全使用量ＵＷ）から有効使用量ＵＷ１１を減じた量である。この無効使用量ＵＷ２１については上記（３）式のとおり、回転容器に付着する黒鉛マトリックス材の量（容器付着量ＵＷ２２）と、回転容器内から回転容器外に排出されて回収される黒鉛マトリックス材の量（排出分回収量ＵＷ２３）との合計量にほぼ一致する。このような関係式が成り立つときは、（１）〜（３）の式から（４）式を導いたり、（４）式から（５）式を導いたりすることができる。この（５）式によって求めることのできる有効使用量ＵＷ１１が、測定結果として最終的に知りたいところの量、すなわち、オーバコート層の分量に相当する。
【００１６】
本発明に係るオーバコート粒子の製造方法は既述のとおり、当該粒子製造時の黒鉛マトリックス材について測定対象となるそれぞれの量を測定し、その測定値を用いた演算によりオーバコート層の成長量を求め、そのオーバコート層の成長量を監視（モニタ）しながらオーバコート粒子をつくるものである。したがって本発明に係るオーバコート粒子の製造方法によるときは、下記〔１〕〜〔５〕のような効果が得られる。
〔１〕オーバコート層の成長量を求めるための測定要素として総供給量、容器付着量、排出分回収量などを巧みに採択し、これらの測定値に基づいて当該成長量を正確に算出するから、間接的な測定手段とはいえ、オーバコート層の成長量をほとんど誤差のない状態で把握することができる。したがって、成長するオーバコート層について高精度で監視することができ、しかもそれがリアルタイムで行える。
〔２〕製造時間の経過にともなって変化するオーバコート層の成長量をリアルタイムで正確に監視するから、被覆燃料粒子に対する当該オーバコート層の成長を適時適量で制御しながら高精度に仕上げることができる。オーバコート粒子も、また、バッチ生産であるか否かにかかわらず品質の一定したものが安定して得られ、それが良品の歩留まりを向上させることになる。
〔３〕オーバコート粒子の良品の歩留まりが高く生産性も高いので、それが当該粒子のコストダウンを可能にする。良品が高歩留まりで得られるということは、換言すれば不良品がほとんど生じないか、きわめて少ないということである。このようなときは、厳重な管理下で高度の安全性を強いられる不良品処理が大幅に減少し、その際の処理難度もかなり緩和されることとなる。したがって、かかる観点からもオーバコート粒子のコストダウンをはかることができる。
〔４〕黒鉛マトリックス材について測定すべき量は、総供給量、容器付着量、排出分回収量の三つだけである。これは測定の対象がきわめて少ないということである。しかも測定については単純な重量測定で足りる。加えて、これらの測定値を用いた演算もきわめて単純な減算でよい。したがってこの数少ない測定について、格別の難度や煩わしい手数を要することなくこれらを容易に実施することができる。
〔５〕黒鉛マトリックス材（コーティング材）は粉塵化して散逸した場合に作業環境とか周辺環境とかを汚染することがある。したがって黒鉛マトリックス材の使用ロスを抑制するだけでなく、これの散逸などないように管理することが要求される。これらについて、上記のように黒鉛マトリックス材の収支が判然とするときは、この種の管理にも貢献することができる。
【００１７】
本発明に係るオーバコート粒子の製造装置は、下記〔６〕〜〔８〕のような効果を有するものである。
〔６〕本発明方法を合理的に実施することのできる機能を有しているので、本発明方法を実施する上で望ましいものになる。
〔７〕重量測定機器など簡易な測定機器を装備した製造装置であれよいから、既成の装置であっても低廉な改良コストで有効利用することができる。
〔８〕測定機器による測定情報（測定値）を制御機器に入力して製造装置を制御することにより、この種の製造の自動化をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
はじめに本発明に係るオーバコート粒子の製造方法とオーバコート粒子の製造装置について、これらの実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１９】
図１に例示されたオーバコート粒子製造装置において、１１は原材料供給系、２１は容器回転機構、３１は原材料回収系をそれぞれ示す。
【００２０】
図１に例示された原材料供給系１１は支持スタンド１２や原材料供給器１３を主体にして構成されたものであり、これに測定機器１５が装備されたり流体供給器１６が併設されたりしている。
【００２１】
図１の原材料供給系１１において、支持スタンド１２は金属・合成樹脂・その複合材などのうちから選択された任意材料（望ましくは機械的特性の優れた材料）からなり、相互に一体化された盤状脚・支柱・上部支持台などを有するものである。支持スタンド１２は一例として金属製である。原材料供給器１３はホッパ型のものである。原材料供給器１３において主要部をなすホッパ部も、支持スタンド１２の場合と同様の任意材料、たとえば金属からなり、その下部にある開閉自在な開口部（図示しない出口部）には供給管１４が接続されている。測定機器１５は重量測定用のものである。測定機器１５は上皿式の天秤など公知ないし周知の重量測定器でよい。測定機器１５は、測定機能・調整機能・測定値表示機能など自明の機能を有するほか、測定値（測定信号＝電気信号）を所定の箇所へ送信するための機能も有している。支持スタンド１２と原材料供給器１３と測定機器１５との相対関係では、支持スタンド１２の上部支持台上に測定機器１５が設置され、その測定機器１５上に原材料供給器１３が搭載されている。したがって測定機器１５は、原材料供給器１３内にある原材料の現在重量を測定する機能を有し、かつ、原材料当初量との関係において原材料供給器１３からの原材料供給量を測定表示することができるものである。さらに原材料供給器１３の上部側からその内部に原材料（黒鉛マトリックス材）を間欠的に供給したり連続的に供給したりするための手段としては、たとえば搬送用コンベア・搬送用ダクト・搬送用バケットなどを備えたものが採用されたりするが、これの図示は省略されている。流体供給器１６はアルコール供給用のものである。流体供給器１６は一例として、バルブその他の流量調整手段を備えた金属製および／または合成樹脂製の流体輸送パイプからなる。当該流体輸送パイプについては可撓性のあるもの・可撓性のないもの・双方の組み合わせなどが任意に選択される。流体供給器１６はさらに、その基端部が図示しないアルコール供給タンクに通じているものである。
【００２２】
図１の容器回転機構２１は支持スタンド２２・駆動手段２３・回転容器２５などを主体にして構成され、これに測定機器２７が装備されているものである。
【００２３】
図１の容器回転機構２１において、支持スタンド２２は既述の支持スタンド１２と同様の材質からなる。駆動手段２３は回転容器２５を回転させるためのものである。これは電動機（モータ）または電動機と回転伝動機構とからなるとともに当該電動機出力を受けて回転する出力軸２４を備えている。コーティング用パンやコーティング容器とも称される回転容器２５は底壁と周壁とで形成された皿形をしており、上面が開放されている。回転容器２５は、また、底壁の外面中央より突出する軸２６を備えている。回転容器２５も金属・合成樹脂・その複合材などのうちから選択された任意材料とくに機械的特性の優れた材料からなる。回転容器２５は代表的一例として各部が金属からなる。測定機器２７は回転容器２５の内面に塗膜状に付着した黒鉛マトリックス材（以下膜状付着物Ｓという）の厚さを量的な観点から測定するためのものである。測定機器２７としては接触型または非接触型のものであってレーザ回折式や電磁誘導式などの膜圧測定器（膜厚測定器）が採用される。このような膜圧測定器（膜厚測定器）は公知ないし周知で各種のものが市販されているから、その種のものを適当に選択して採用してよい。この容器回転機構２１の構成要素については、支持スタンド２２上に駆動手段２３が組み付けられ、駆動手段２３の出力軸２４と回転容器２５の軸２６とがカップリングされて回転容器２５が回転自在に支持される。こうして組み立てられたときの出力軸２４や軸２６は２０〜５０゜の傾斜角度、より具体的には３５゜程度の傾斜角度で傾斜している。したがって回転容器２５は図示のような傾斜状態で回転することとなる。一方で測定機器２７は、回転容器２５の内周面および／または内底面に近接して配置されるものである。この場合の回転容器２５の内周面としては、傾斜姿勢における上位側の領域が望ましい。回転容器２５における内底面と内周面との接合部を基準にした測定機器２７の位置としては、中心方向と高さ方向の両方とも、その接合部から２０〜９０ｍｍの領域とくに３０〜８０ｍｍの領域が望ましい。逆に測定機器２７がこの領域から逸脱するときは、当該測定機器２７が上記接合部に近づきすぎて内周面または内底面と相互に干渉したり、オーバコート粒子の製造領域（粒子回転領域）から外れたりするので好ましくない。さらに、回転容器２５内に配置されて図示しない保持手段で定位置に保持される測定機器２７は単数・複数のいずれでも構わない。ちなみに測定機器２７が二つのときときは、その一方が回転容器２５の内周面と対応するように、かつ、その他方が回転容器２５の内底面に対応するようにそれぞれ配置される。測定機器２７が三つまたは四つ以上のとき、これらは回転容器２５の内周面および／または内底面に近接する態様で分散配置される。
【００２４】
図１の原材料回収系３１は粉体その他を吸引収集して回収するためのものである。これは支持スタンド３２・回収機械３３などを主体にして構成され、これに測定機器３７が装備されたものである。
【００２５】
図１の原材料回収系３１において、これの支持スタンド３２も前記支持スタンド１２と同様の構成である。原材料回収系３１における回収機械３３は、微細物の収集とくに粉体の収集に適したものであってブロワー式・バキューム式・サイクロン式などの構成を有するものである。両回収管路３５・３６も前記パイプ類と同様、金属製および／または合成樹脂製のパイプからなる。当該パイプについては可撓性のあるもの・可撓性のないもの・双方の組み合わせなどが任意に選択される。両回収管路３５・３６のうちで、吸引用となる一方の回収管路３５は回収機械３３の吸引口に接続されており、排気用となる他方の回収管路３６は回収機械３３の吐出口に接続されている。回収管路３５は、また、その吸引端部側に口径の大きな吸引口具３４が取り付けられているものである。この原材料回収系３１の測定機器３７は、前記測定機器１５と同じく重量測定用のものである。原材料回収系３１における支持スタンド３２と回収機械３３と測定機器３７との相対関係も前記の内容に準ずるものである。すなわち、支持スタンド３２の上部支持台上に測定機器３７が設置され、その測定機器３７上に回収機械３３が搭載されている。したがって測定機器３７は、回収機械３３内に回収された回収物の現在重量を測定する機能を有し、かつ、その測定値を表示することができるものである。
【００２６】
上述した原材料供給系１１・容器回転機構２１・原材料回収系３１などはつぎのように組み合わされて図１のオーバコート粒子製造装置を構成している。すなわち、相互に隣接する原材料供給系１１と容器回転機構２１については、原材料供給器１３の供給管１４や管状をなす流体供給器１６が回転容器２５の傾斜下側部内に引き込まれてこれらが組み合わされており、相互に隣接する容器回転機構２１と原材料回収系３１との相対関係については、回収管路３５の吸引口具３４が回転容器２５の傾斜上側部に配置されてこれらが組み合わされている。この組み合わせ構成において、コーティング用の原材料などは供給管１４や流体供給器１６を通じて回転容器２５内に供給することができるとともに回転容器２５内で発生した回収対象物も回収管路３５を通じて回収機械３３内に吸引回収することができる。
【００２７】
図２に例示された制御盤４１は、図１のオーバコート粒子製造装置を制御したり所定の処理をしたりするため当該装置に装備されたものである。典型的な制御盤４１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やその他の電気部品・電子部品を有する電子機器（コンピュータ）であって、これにプログラムがインストールされたものである。したがって制御盤４１については、ハードウエアとこれに搭載されたソフトウェアとが組み合わされたものということができる。より具体的にいうと、図２の制御盤４１は、駆動制御部４２・供給制御部４３・収集制御部４４・演算処理部４５などを備えている。
【００２８】
図２の制御盤４１において、容器回転機構２１の駆動手段２３をコントロールするための駆動制御部４２は、その駆動手段２３を制御することによって回転容器２５の回転数・回転動作の始動・回転動作の停止・その他を設定どおりに実行するというものである。供給制御部４３は、容器回転機構２１の回転容器２５内に供給すべき黒鉛マトリックス材やアルコールなどの供給開始・供給量・供給停止や、その他の制御対象を制御するためのものである。収集制御部４４は、原材料回収系３１における回収機械３３の回収作業開始・回収作業停止や、その他の制御対象を制御するためのものである。演算処理部４５は、ＣＰＵ・信号処理プロセッサ・その他からなるものである。演算処理部４５の主な機能は、原材料供給系１１の測定機器１５・容器回転機構２１の測定機器２７・原材料回収系３１の測定機器３７からそれぞれ測定情報（測定値を示す電気信号／以下同じ）を受け、それに基づいて所定の演算処理を行うことである。具体的にいうと、演算処理部４５は各測定機器１５・２７・３７からの各測定情報を受けて前記（５）式の演算処理を行うものである。演算処理部４５に送られる各測定情報は、該演算処理部４５を経由して、あるいは直接、後述の記憶部４６に記録保存することができる。演算処理部４５に接続された記憶部４６は、磁気的な記録手段・光学的な記録手段・磁気光学的な記録手段など適当な記録手段を介して固定式または脱着式の記録媒体にそれぞれ測定情報やこれらに基づく演算結果を記録保存するものである。したがってこの場合の記録媒体は磁気系のものであったり、光学系のものであったり、磁気光学系のものであったりする。記憶部４６で記憶されたそれぞれの測定情報や演算結果は、演算処理部４５で記録再生してそれを後述の表示部４７に表示することができる。演算処理部４５に接続された表示部４７は、液晶パネルを主体にしたものとかＣＲＴを主体にしたものからなる。表示部４７においては、上記の各測定情報を表示したり、演算処理部４５による演算結果を表示したりすることができる。さらに具体的にいえば、表示部４７における表示画面の一部と他部に各測定情報や演算結果を同時表示したり、各測定情報と演算結果のいずれか一方を選択（切り替え）表示したりすることができる。
【００２９】
図３に例示された被覆燃料粒子Ａは本発明で用いられる粒子（オーバコート前のもの）であるが、これはその一例にすぎない。被覆燃料粒子Ａは図３で明らかなように、コア部に燃料核ａを備えていて、コア部の外周面に第１被覆層ａ１・第２被覆層ａ２・第３被覆層ａ３・第４被覆層ａ４を有している。これについてさらにいうと、被覆燃料粒子Ａの直径は５００〜１０００μｍ程度である。燃料核ａは高密度のセラミック状二酸化ウランなど核燃料物質の酸化物からなり、直径が３５０〜６５０μｍ程度である。第１被覆層ａ１は密度約１ｇ／ｃｍ３の低密度炭素からなる。第２被覆層ａ２は密度約１．８ｇ／ｃｍ３の高密度炭素からなる。第３被覆層ａ３は密度約３．２ｇ／ｃｍ３の炭化珪素ＳｉＣからなる。第４被覆層ａ４は第２被覆層ａ２と同様の高密度炭素からなる。
【００３０】
図４に示されたオーバコート粒子Ｂは後述する本発明方法の実施形態で製造されるところのもの、すなわち、上記被覆燃料粒子Ａの外周面（第４被覆層ａ４の外周面）にオーバコート層ｂが形成されたものである。このオーバコート層ｂは黒鉛マトリックス材からなる。具体的一例でいうと、黒鉛マトリックス材は黒鉛粉末に粘結剤を加えて均一に混練したところものである。オーバコート層ｂの厚さは２０〜４００μｍの範囲内にあり、代表例でいうと厚さ５０μｍである。オーバコート粒子Ｂはこのようなものであるから、その直径（外径）は５４０〜２３００μｍの範囲内にある。具体的一例としてオーバコート粒子Ｂは直径１３００μｍである。
【００３１】
つぎに、本発明に係るオーバコート粒子の製造方法について、これの実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００３２】
図１に例示された本発明装置を用いてオーバコート粒子Ｂを製造するため被覆燃料粒子Ａの外周面にオーバコート層ｂを形成するときは、一例として以下のようになる。はじめは図示しない粒子搬入手段を介して回転容器２５内に所定量の被覆燃料粒子Ａを投入し、それから駆動手段２１で回転容器２５を回転させる。具体的には図２の駆動制御部４２で駆動手段２１を制御しながら回転容器２５を回転させる。この後は原材料供給系１１を介して黒鉛マトリックス材やアルコールを回転容器２５内に断続供給または連続供給する。かかる運転状態にしたとき、回転容器２５内にある被覆燃料粒子Ａはその容器の回転方向へと上昇していき、所定の高さまで上昇したときに重力の作用で崩落する。この上昇と崩落は回転容器２５の回転中に繰り返し生じるものであり、それが被覆燃料粒子Ａの攪拌作用になる。このような攪拌作用の生じる回転容器２５内に黒鉛マトリックス材・アルコール・被覆燃料粒子Ａなどが共存するときは、黒鉛マトリックス材が被覆燃料粒子Ａの外周面に順次付着してそれが堆積成長し、ついには所定厚さのオーバコート層ｂになる。すなわち被覆燃料粒子Ａの入った回転容器２５を回転させながらその内部に黒鉛マトリックス材やアルコールを供給するという粒子製造のための運転作業を所定時間実施することで、所要粒径のオーバコート粒子Ｂが得られるようになる。
【００３３】
上述のようにしてオーバコート粒子Ｂを製造するときは運転開始前の段階で所定量の黒鉛マトリックス材が原材料供給系１１の原材料供給器１３内に投入される。このときの原材料投入量は測定機器１５で測定され、その測定情報（測定値を示す電気信号）が図２の演算処理部４５に入力される。この測定情報は、また、必要に応じて図２の表示部４７で表示（文字表示および／または図形表示）されたり記憶部４６で記録保存されたりする。上述の運転が開始されると同時に原材料供給系１１の原材料供給器１３や流体供給器１６は、図２の供給制御部４３による制御を受けながら黒鉛マトリックス材やアルコールを回転容器２５内に供給する。これで減少する原材料供給器１３内の黒鉛マトリックス材の量も測定機器１５で測定されてその測定情報が図２の演算処理部４５に入力される。この際の測定情報が表示部４７で表示されたり記憶部４６で記録保存されたりする点は上記と同じである。上述した運転中は、被覆燃料粒子Ａの外周面にオーバコート層ｂが形成される一方で、回転容器２５の一部たとえば容器内底面や容器内周面などに黒鉛マトリックス材が塗膜状に付着してしまい、それが膜状付着物Ｓとなる。運転中に発生する膜状付着物Ｓの量（膜状付着物Ｓに費やした黒鉛マトリックス材の量＝容器付着量ＵＷ２２）も、回転容器２５内に配置された測定機器２７で測定されてそれが図２の演算処理部４５に入力される。この測定情報が表示部４７で表示されたり記憶部４６で記録保存されたりする点は上記と同じである。運転状況についてさらにいうと、回転容器２５内には、オーバコート層ｂの形成に貢献しない、しかも、膜状付着物Ｓの生成にも関与しないで浮遊する黒鉛マトリックス材が存在する。このような浮遊黒鉛マトリックス材に対しては、図２の収集制御部４４を介して制御される原材料回収系３１がオーバコート粒子Ｂの製造開始と同時に稼動状態になり、それによって浮遊黒鉛マトリックス材が回収処理される。すなわち浮遊黒鉛マトリックス材は、吸引口具３４のある回収管路３５を通じて回収機械３３内に吸引され、当該回収機械３３内においてその浮遊黒鉛マトリックス材のみが捕捉されて回収される。浮遊黒鉛マトリックス材と共に回収機械３３内に進入したエアなどは回収管路３６を介して所定の処理部へと導かれ、最終的には外部に排出される。回収機械３３を介して回収された浮遊黒鉛マトリックス材の量も測定機器３７で測定されてそれが図２の演算処理部４５に入力される。この測定情報が表示部４７で表示されたり記憶部４６で記録保存されたりする点は上記と同じである。
【００３４】
上記で明らかなように、制御盤４１の演算処理部４５には、回転容器２５内に投入された黒鉛マトリックス材の量（原材料投入量）に関する測定情報と、回転容器２５の内面に付着した黒鉛マトリックス材の量（容器付着量）に関する測定情報と、回転容器２５外に排出されて回収された黒鉛マトリックス材の量（排出分回収量）に関する測定情報とが入力され、しかも該各測定情報が常時演算処理部４５に入力されて常に最新の情報に更新される。これらの測定情報は、すなわち、前記（５）式で示したところの総供給量ＳＷと容器付着量ＵＷ２２と排出分回収量ＵＷ２３に該当する。それで演算処理部４５は（５）式に関する電気的な演算処理を定常的に行い、常に最新の有効使用量ＵＷ１１を算出するようになる。これで求めた有効使用量ＵＷ１１を、回転容器２５内に投入された被覆燃料粒子Ａの総数または全被覆燃料粒子Ａの重量で除した場合、被覆燃料粒子一つあたりのコーティングに要した黒鉛マトリックス材の量すなわちコーティング量Ｃが求まる。コーティング量Ｃとコーティング膜厚ｔとの相関については、実験や過去のデータにより明らかであり、または、被覆燃料粒子の直径・密度と黒鉛マトリックス材の密度とから算出される計算値により明らかであるから、コーティング量Ｃに基づいてコーティング膜厚ｔを知ることもできる。これらのコーティング量Ｃやコーティング膜厚ｔも演算処理部４５で算出したり求めたりすることができる。
【００３５】
制御盤４１においては、演算処理部４５からの信号入力を定常的に受ける表示部４７が最新の情報をリアルタイムで表示するものである。したがって表示部４７は、上述した有効使用量ＵＷ１１とコーティング量Ｃとコーティング膜厚ｔとのうちの一つ以上たとえばこれら全てをリアルタイムで表示する。さらに経時的に変化するこれらの情報すべてが記憶部４６で記録される。
【００３６】
上述したオーバコート粒子Ｂの製造を開始してから時間が経過して有効使用量ＵＷ１１とコーティング量Ｃとコーティング膜厚ｔが所定値に達したときも、そのうちのいずれか一つ以上を演算処理部４５が検出したり、それを表示部４７が表示したりするが、演算処理部４５はこれのみにとどまらず、たとえばコーティング膜厚ｔに達したことを報知手段で報知する同時に容器回転機構２１をはじめとする各部の運転を停止させる。
【００３７】
かくてオーバコート粒子Ｂを製造した後はそれが回転容器２５内から取り出され、各部についてはつぎの製造に供される。
【実施例】
【００３８】
（１）運転開始前に、１０ｋｇの黒鉛マトリックス材を原材料供給器１３内に投入し、５ｋｇの被覆燃料粒子Ａを回転容器２５内に投入した。
（２）運転を開始するため、回転容器２５を回転数１５ｒｐｍで回転させ、アルコールを約１ｍＬ／ｓｅｃで供給しながら黒鉛マトリックス材の供給を開始した。
（３）運転開始から２００分が経過した。この時点における各黒鉛マトリックス材量の測定値は下記のとおりであった。
黒鉛マトリックス材の供給量≒５０００ｇ
黒鉛マトリックス材の容器付着量UW22≒１３６ｇ（膜圧増加分＝平均０．１４ｍｍ）
黒鉛マトリックス材の排出分回収量UW23＝３４ｇ
粒子コーティングに要した黒鉛マトリックス材の量＝４８３０ｇ
（４）その後さらに２０分が経過した。この時点における各黒鉛マトリックス材量の測定値は下記のとおりであった。
黒鉛マトリックス材の供給量≒５５００ｇ
黒鉛マトリックス材の容器付着量UW22≒１５０ｇ（膜圧増加分＝平均０．１５ｍｍ）
黒鉛マトリックス材の排出分回収量UW23＝３７ｇ
粒子コーティングに要した黒鉛マトリックス材の量（有効使用量UW11）＝５３１３ｇ
（５）上記の時点でオーバコート粒子Ｂの製造（粒子コーティング）を終了し、製造したオーバコート粒子Ｂを一昼夜乾燥した。乾燥前後における全オーバコート粒子Ｂの重量は下記のとおりである。
乾燥前の全オーバコート粒子重量≒１０８５０ｇ
乾燥後の全オーバコート粒子重量≒１０３１０ｇ
（６）本発明方法に対する評価は、実施例を参照してつぎのとおりである。上記のオーバコート粒子製造工程で測定された黒鉛マトリックス材の有効使用量UW11は「５３１３ｇ」である。これに対し、実際の黒鉛マトリックス材の有効使用量UW11は「５３１０ｇ」である。この両者の値にはわずか数ｇの差しかなく、したがって本発明方法は±０．０００５程度の高精度を保持するものといえる。
【００３９】
以上のようにして得られたオーバコート粒子Ｂは、中空円筒形にプレス成形またはモールド成形し、その成形物を焼結したものが燃料コンパクト（図示せず）となる。さらに一定数量の燃料コンパクトを黒鉛製筒に入れてその上下を端栓で封じたものが燃料棒（図示せず）となる。最終的なものとしては、所定数の燃料棒を六角柱型黒鉛ブロックの各挿入口に装填したものが高温ガス炉の燃料（図示せず）となる。
【００４０】
その他の高温ガス炉用燃料についていうと、球形燃料（ペブルベッド型燃料）なども上記に類したオーバコート粒子を主体にしたもので、球形燃料核の外周面に複数の被覆層が形成されている。本発明方法や本発明装置は、このような球形燃料をつくるときのオーバコート手段にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明方法や本発明装置は高品質のオーバコート粒子を合理的かつ安価に製造することができるから産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明方法と本発明装置の一実施形態を略示した切り欠き正面図である。
【図２】本発明装置における制御系統の一例を略示したブロック図である。
【図３】本発明で用いられる被覆燃料粒子の一例を示した切り欠き正面図である。
【図４】本発明方法で製造されるオーバコート粒子の一例を示した切り欠き正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
Ａ    被覆燃料粒子
Ｂ    オーバコート粒子
ｂ    オーバコート層
Ｓ    膜状付着物
１１    原材料供給系
１３    原材料供給器
１４    供給管
１５    測定機器
１６    流体供給器
２１    容器回転機構
２３    駆動手段
２４    出力軸
２５    回転容器
２６    軸
２７    測定機器
３１    原材料回収系
３３    回収機械
３４    吸引口具
３５    回収管路
３６    回収管路
３７    測定機器
４１    制御盤
４２    駆動制御部
４３    供給制御部
４４    収集制御部
４５    演算処理部
４６    記憶部
４７    表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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