(57)【要約】【課題】 真球度による燃料粒子の不良品、良品の選別を精度よく行う。【解決手段】  燃料粒子１を搬送する搬送通路１２の途中でこの搬送通路１２を通過する燃料粒子を搬送通路を横切って測定する光学的直径測定器１４Ｍと、この直径測定器１４Ｍで測定された測定値を真球度規格値と比較して燃料粒子が所定の真球度を有するか否かを判定するコンパレータ１６Ｃと、このコンパレータ１６Ｃの判定結果に基づいて燃料粒子１を搬送通路１２の２つの分岐通路１２Ａ、１２Ｂのいずれかに切り替え誘導し選別する電磁式燃料粒子選別手段１８とを備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス炉用燃料を製造する工程で生ずる燃料粒子の真球度を選別する燃料粒子の真球度選別装置において、前記燃料粒子を搬送する搬送通路の途中で前記搬送通路を通過する燃料粒子を前記搬送通路を横切って測定する燃料粒子直径測定手段と、前記燃料粒子直径測定手段で測定された測定値を真球度規格値と比較して前記燃料粒子が所定の真球度を有するか否かを判定する真球度判定手段と、前記真球度判定手段の判定結果に基づいて前記燃料粒子を前記搬送通路の２つの分岐通路のいずれかに切り替え誘導し選別する燃料粒子選別手段とを備えていることを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料粒子の真球度選別装置であって、前記燃料粒子直径測定手段は、前記搬送通路の測定孔を横切って配置された光学的直径測定器であることを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料粒子の真球度選別装置であって、前記燃料粒子選別手段は、前記搬送通路の分岐通路に配置された切替誘導板を前記真球度判定手段の判定結果に基づいて２つの分岐通路のいずれかに切り替える切替器から成っていることを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料粒子の真球度選別装置であって、前記切替器は、前記切替誘導板を磁気的に変位する電磁式切替器であることを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料粒子の真球度選別装置であって、前記搬送通路は、前記燃料粒子を１個づつ前記搬送通路に繰り込むスライド式燃料粒子供給手段を入口に有することを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の燃料粒子の真球度選別装置であって、前記搬送通路は、前記燃料粒子の直径測定後に前記燃料粒子の搬送を遅延させる屈曲部分を有することを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料粒子の真球度選別装置の改良に関し、特に、高温ガス炉用燃料を製造する工程で生ずる重ウラン酸アンモニウム粒子、三酸化ウラン粒子、燃料核粒子、被覆燃料粒子及びオーバーコート粒子の如き燃料粒子の真球度を選別するのに好適に用いることができる燃料粒子の真球度選別装置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、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等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】
この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（fusion  product＝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燃料粒子は、約５００〜１０００ミクロンの直径を有する。この被覆燃料粒子は、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、上下を栓で閉じて燃料棒とされる。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液滴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】
液滴は、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させ、重ウラン酸アンモニウムの粒子(以下ＡＤＵ粒子と称する)となる。このＡＤＵ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状二酸化ウラン粒子（燃料核）とし、これを篩い分けして所定の粒径の燃料粒子を得る。
【０００７】
燃料核の粒径や真球度は、被覆燃料粒子の製造条件に大きく影響するので、燃料核は、篩による粒径選別と真球度選別を行った後、被覆工程にリリースされる。
【０００８】
この燃料核は、流動床に装荷され、この流動床内に供給される被覆ガスを熱分解して被覆が施されて被覆燃料粒子となる。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℃でメチルトリクロロシラン（ＣＨ３ＳｉＣｌ３）を熱分解して被覆される。
【０００９】
この被覆燃料粒子の粒径や真球度は、オーバーコート粒子の製造条件に大きく影響するので、被覆燃料粒子は、篩による粒径選別と真球度選別を行った後、オーバーコート工程にリリースされる。
【００１０】
被覆燃料粒子は、黒鉛粉末、粘結剤等からなる黒鉛マトリックス材を表面にコーティングしてオーバーコート粒子とする。
【００１１】
この被覆燃料粒子の粒径及び真球度は、燃料コンパクトの製造条件に大きく影響するので、被覆燃料粒子は、篩による粒径選別と真球度選別を行った後、コンパクトプレス工程にリリースされる。
【００１２】
一般的な燃料コンパクトは、被覆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形又はモールド成形した後、焼成して得られる。
【００１３】
このように高温ガス炉用燃料の製造工程において生ずる重ウラン酸アンモニウム粒子、三酸化ウラン粒子、被覆燃料粒子及びオーバーコート粒子の如き燃料粒子中、真球度が所定の範囲にあるものを選別するために真球度選別装置が用いられている。
【００１４】
従来技術の真球度選別装置は、図５に示すように、選別されるべき粒子が転動するように一定の傾斜角を有する粒子落下板４２から成る粒子落下手段４０と、この粒子落下板４２に横振動を付与して粒子を選別する横振動付与機構５０と、粒子落下板４２の下縁に沿って配置された良品回収容器６２及び不良品回収容器６４とを備えている。
【００１５】
この真球度選別装置は、図５に示すように、粒子落下板４２に横振動付与機構５０によって横振動を付与しながら図示しない燃料粒子供給手段から粒子落下板４２の上縁に選別すべき燃料粒子１を供給して粒子落下板４２の上方から下方に重力によって転動しながら落下させて真球度を選別している。
【００１６】
真球度規格を満足している真球度を有する燃料粒子(良品)１Ａは、重力によって粒子落下板４２上を比較的直線的に落下するが、規格を満足していない真球度を有する燃料粒子(不良品)１Ｂは、重力によって落下する際に横振動による影響を大きく受けるため直線的ではなく、横方向に移動しながら落下する。
【００１７】
良品回収容器６２は、燃料粒子供給手段の供給位置の下方に配置されて直線的に落下する良品１Ａを受け入れ、不良品回収容器６４は、図示しない燃料粒子供給装置の供給位置よりもずれた位置に配置されて横方向に移動して落下する不良品１Ｂを受け入れる。
【００１８】
しかし、不良品１Ｂは、その落下中に迷走して左右に移動しながら落下することがあり、このような不良品は、良品に押し流されて良品回収容器６２内に混入することがある。また、燃料粒子の落下中に、不良品同士が接触して一方の燃料粒子が弾き飛ばされて良品が落下している領域に入り込み、同様にして不良品が良品回収容器６２に混入することがある。このような不良品の混入は、図示しない燃料粒子供給装置から燃料粒子１を供給する速度を低くすると防止することができるが、粒子の供給速度を低くすると、真球度選別作業に相当の時間がかかり、作業性を低下するという欠点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明が解決しようとする課題は、燃料粒子の供給速度を低くすることなく、不良品が良品に混入するのを有効に防止することができる燃料粒子の真球度選別装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の課題解決手段は、高温ガス炉用燃料を製造する工程で生ずる燃料粒子の真球度を選別する燃料粒子の真球度選別装置において、燃料粒子を搬送する搬送通路の途中でこの搬送通路を通過する燃料粒子を搬送通路を横切って測定する燃料粒子直径測定手段と、この燃料粒子直径測定手段で測定された測定値を真球度規格値と比較して燃料粒子が所定の真球度を有するか否かを判定する真球度判定手段と、この真球度判定手段の判定結果に基づいて燃料粒子を搬送通路の２つの分岐通路のいずれかに切り替え誘導し選別する燃料粒子選別手段とを備えていることを特徴とする燃料粒子の真球度選別装置を提供することにある。
【００２１】
本発明の課題解決手段において、燃料粒子直径測定手段は、搬送通路の測定孔を横切って配置された光学的直径測定器とすることができる。
【００２２】
また、本発明の課題解決手段において、燃料粒子選別手段は、好ましい形態では、搬送通路の分岐通路に配置された切替誘導板を真球度判定手段の判定結果に基づいて２つの分岐通路のいずれかに切り替える切替器から成り、この切替器は、切替誘導板を磁気的に変位する電磁式切替器とすることができる。
【００２３】
搬送通路は、燃料粒子を１個づつ搬送通路に繰り込むスライド式燃料粒子供給手段を入口に有するのが好ましく、また燃料粒子の直径測定後に燃料粒子の搬送を遅延させる屈曲部分を有するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、上記のように、燃料粒子を搬送する搬送通路の途中でこの搬送通路を通過する燃料粒子を搬送通路を横切って測定し、この測定値を真球度規格値と比較して燃料粒子が所定の真球度を有するか否かを判定し、この判定結果に基づいて燃料粒子を搬送通路の２つの分岐通路のいずれかに切り替え誘導し選別するので、不良品が良品の中に混入することがなく、また燃料粒子の供給速度を高めることができるので、選別作業の効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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は、本発明に係わる燃料粒子の真球度選別装置１０を示し、この真球度選別装置１０は、高温ガス炉用燃料を製造する工程で生ずる燃料粒子１の真球度を選別するためこの燃料粒子１を１個づつ搬送する搬送通路１２と、この搬送通路１２の途中でこの搬送通路１２を通過する燃料粒子１を搬送通路１２を横切って測定する燃料粒子直径測定手段１４と、この燃料粒子直径測定手段１４で測定された測定値を真球度規格値と比較して燃料粒子１が所定の真球度を有するか否かを判定する真球度判定手段１６と、この真球度判定手段１６の判定結果に基づいて燃料粒子１を搬送通路１２の２つの分岐通路１２Ａ、１２Ｂのいずれかに切り替え誘導し選別する燃料粒子選別手段１８とを備えている。
【００２６】
搬送通路１２は、図示の形態では、搬送パイプ１２Ｐから成っており、この搬送パイプ１２Ｐは、ホッパー２０から順次送られる燃料粒子１を斜めに転動して搬送する斜め上部パイプ部分１２ＰＵとこの斜め上部パイプ部分１２ＰＵに連続して垂直に下向きに延びて燃料粒子１が重力で落下する下部垂直パイプ部分１２ＰＬとから成っており、分岐通路１２Ａ、１２Ｂは、垂直下部パイプ部分１２ＰＬに接続されているパイプの形態を有する。
【００２７】
図示の形態では、垂直の分岐通路１２Ａは、垂直下部パイプ部分１２ＰＬの下端に連続して延びており、また斜めの分岐通路１２Ｂは、垂直下部パイプ１２ＰＬの下端から斜めに分岐して延びており、分岐通路１２Ａ、１２Ｂの出口は、それぞれ良品容器２２Ａ、不良品容器２２Ｂにそれぞれ接続されている。
【００２８】
燃料粒子直径測定手段１４は、例えば、搬送通路１２の測定孔１２Ｈを横切って配置された光学的直径測定器１４Ｍとすることができる。この光学的直径測定器１４Ｍは、光源１４ＭＳとこの光源１４ＭＳから測定孔１２Ｈを通過する燃料粒子１に照射された受光器１４ＭＲとから成っている。図示の形態では、４組の光学的直径測定器１４Ｍが測定通路１２にほぼ交互に直角に配置されており、燃料粒子１は、これらの４組の光学的直径測定器１４Ｍによって異なる方向から測定される。このようにすると、燃料粒子１が方向によっては真円であったり、真円からはずれていたりする場合に、燃料粒子１の真球度を確実に検出して測定精度を向上するのに役立つ。なお、光源１４ＭＳは、レーザ光源、ＬＥＤ、可視光線源のいずれであってもよい。
【００２９】
真球度判定手段１６は、例えば、燃料粒子直径測定手段１４の受光器１４ＭＲからの測定結果を予め入力されている真球度規格値と比較するコンパレータ１６Ｃから成っており、受光器１４ＭＲからの測定結果が真球度の規格値を満たしている場合には、良品判定信号を発生し、受光器１４ＭＲからの測定結果が真球度の規格値を満たしていない場合には、不良品判定信号を発生する。
【００３０】
燃料粒子選別手段１８は、図示の形態では、搬送通路１２の分岐通路１２Ａ、１２Ｂに配置された切替誘導板１８Ｐを真球度判定手段１６からの判定信号に基づいて２つの分岐通路１２Ａ、１２Ｂのいずれかに切り替える切替器１８Ｓから成っている。この切替器１８Ｓは、その切替誘導板１８Ｐの上縁をヒンジで揺動自在に支持し、この切替誘導板１８Ｐを磁気的に変位する電磁石の如き電磁切替器とすることができる。即ち、切替誘導板１８Ｐは、通常では、その自重で垂直に垂れ下がっていて搬送通路１２を下降する燃料粒子１を垂直な分岐通路１２Ａに連通して燃料粒子１を良品容器２２Ａに誘導し、真球度判定手段１６から不良品判定信号を受領したときに電磁石が励磁されて切替誘導板１８Ｐを斜め位置に変位して搬送通路１２を分岐通路１２Ｂに連通して燃料粒子１を不良品容器２２Ｂに誘導するようにする。
【００３１】
図示の形態では、搬送通路１２は、図２に示すように、ホッパー２０から燃料粒子１を１個づつ搬送通路１２に繰り込むスライド式燃料粒子供給手段２４を入口に有する。この燃料粒子供給手段２４は、１つの燃料粒子１が緩く入り込むことができる孔２４ＵＨ、２４ＬＨを有するそれぞれ上下の供給板２４Ｕ、２４Ｌから成り、上方の供給板２４Ｕは、ホッパー２０の出口に整列する位置と下方の供給板２４Ｌに整列する位置との間を適宜の手段で往復運動する。従って、上部供給板２４Ｕは、ホッパー２０に整列した位置でホッパー２０から１つの燃料粒子１を孔２４ＵＨに受け入れ、この状態で上部供給板２４Ｕが下部供給板２４Ｌに整列する位置まで移動すると、その孔２４ＵＨの燃料粒子１は、下部供給板２４Ｌの孔２４ＬＨを通して搬送通路１２に供給され、この動作を繰り返して各１つの燃料粒子１が順次搬送通路１２に供給される。
【００３２】
本発明の燃料粒子の真球度選別装置１０の動作は、上記の記載からほぼ理解できることと思われるが、この動作の概略を以下にまとめて説明する。燃料粒子１は、ホッパー２０からスライド式燃料粒子供給手段２４を経て１個づつ搬送通路１２に供給される。
【００３３】
各燃料粒子１は、搬送通路１２内を下降して燃料粒子直径測定手段１４によって直径が測定され、この測定結果（測定信号）は、真球度判定手段１６に送られる。この真球度判定手段１６の判定結果（判定信号）は、燃料粒子選別手段１８に送られ、燃料粒子選別手段１８は、搬送通路１２から分岐通路１２Ａ、１２Ｂに到達する燃料粒子１を相応する判定信号（良品判定信号又は不良品判定信号）に基づいて分岐通路１２Ａ、１２Ｂに切替誘導して良品容器２２Ａ又は不良品容器２２Ｂに選別しながら導入する。
【００３４】
燃料粒子１を判定結果に基づいて分岐通路１２Ａ又は１２Ｂに切り替えるのを確実にするために、図３（Ａ）に示すように、搬送通路１２の下流端付近に１つの屈曲部分１２Ｆを設けて燃料粒子１の搬送速度を遅くすることができ、また、図３（Ｂ）に示すように、搬送通路１２の下流端付近に水平部分１２ＦＨを含む屈曲部分１２Ｆを設けて燃料粒子１を計測順に待機させて順次後方から測定されてくる燃料粒子によって１個づつ分岐通路１２Ａ、１２Ｂの分岐部分に送り込むことができる。
【００３５】
同様にして、搬送通路１２は、図４に示すように、燃料粒子１の測定位置では、傾斜させることによって燃料粒子１が転動して向きが変わるようにして測定精度を向上させることもできる。
【００３６】
なお、上記の実施の形態では、燃料粒子１の進路の切替を切替誘導板１８Ｐによって行ったが、例えば、燃料粒子にパルス的に圧縮空気を吹き付けて進路を切り替えてもよいし、その他適宜の方法で行うことができる。
【００３７】
本発明の装置は、燃料粒子を１個づつ搬送しながら測定、判定、選別の工程を経て選別されるのでバッチ式処理となるが、従来技術の落下板上を転動する場合に比べても処理速度が劣ることがなく、多数の燃料粒子の真球度選別を行うことができ、例えば、２００−４００万個の燃料粒子を従来とほぼ同じ処理速度で処理することができることが確認された。しかも、従来技術のように、不良品が良品に混入することは全くなく、品質の高い燃料を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の燃料粒子真球度選別装置は、燃料粒子の直径測定、良否判定及び選別を１個づつ行うので、不良品が良品に混入することがなく、燃料粒子の真球度選別作業を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係わる燃料粒子の真球度選別装置の概略斜視図である。
【図２】本発明に用いられるスライド式粒子供給手段の拡大斜視図である。
【図３】本発明に用いられる搬送通路の異なる例を示し、図３（Ａ）は、１つの屈曲部分を有する例の斜視図、図３（Ｂ）は水平部分を含む屈曲部分を有する例の斜視図である。
【図４】本発明の搬送通路の測定位置の異なる例の斜視図である。
【図５】従来技術による燃料粒子の真球度選別装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料粒子  
１０  燃料粒子真球度選別装置
１２  搬送通路
１２Ａ、１２Ｂ  分岐通路
１２Ｐ  パイプ
１２ＰＵ  上部傾斜パイプ
１２ＰＬ  下部垂直パイプ
１４  燃料粒子直径測定手段
１４Ｍ  直径測定器
１４ＭＳ  光源
１４ＭＲ  受光器
１６  真球度判定手段
１６Ｃ  コンパレータ
１８  燃料粒子選別手段
１８Ｐ  切替誘導板
１８Ｓ  電磁切替器
２０  ホッパー
２２Ａ  良品容器
２２Ｂ  不良品容器
２４  スライド式燃料粒子供給手段
２４Ｕ、２４Ｌ  上下の供給板
２４ＵＨ、２４ＬＨ  孔
【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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