JPH0631758B2 - カ粒材料を被覆する方法 - Google Patents
カ粒材料を被覆する方法Info
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- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/42—Selection of substances for use as reactor fuel
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明はカ粒容器ならびに被覆材料および液体を計量添
加するための管からなる装置によりカ粒材料を被覆材料
で被覆する方法、とくに高温原子炉の積層燃料粒子と結
合剤含有黒鉛粉末で被覆する方法に関する 従来の技術： 造粒は工業の多数の分野で使用される方法である。その
ための方法および装置は多数の方式が公知である。ダス
トを発生せず、流動性の良いカ粒の製造は重要な適用分
野である。もう１つは粒状物質の特定の層による被覆で
ある。医薬品工業では粒状キヤリヤ物質上に有効物質含
有層が被覆される。高温原子炉の燃料要素製造の際も造
粒によつて被覆層が粒子へ被覆される。この場合熱分解
炭素および場合により炭化ケイ素も被覆した核燃料分子
はさらに処理する前に結合剤を含む黒鉛粒子からなる付
加的被覆層を備える。このように被覆した燃料分子は次
に被覆層と同じ材料からなる黒鉛マトリツクスへ高圧で
圧入される。熱分解炭素層および場合により炭化ケイ素
層の目的は原子炉運転の際発生する固体およびガス状分
解生成物を燃料要素内に保持することである。それゆえ
この層は燃料要素製造の際、とくにプレスによる成形工
程の際損傷されてはならない。非常に高いアイソスタチ
ツク圧力負荷も層の破壌に導いてはならない。しかし被
覆粒子がマトリツクスへの圧入の際接触し、この点接触
によつて局部的圧力ピークが発生すれば層の破壌が生ず
る。
加するための管からなる装置によりカ粒材料を被覆材料
で被覆する方法、とくに高温原子炉の積層燃料粒子と結
合剤含有黒鉛粉末で被覆する方法に関する 従来の技術： 造粒は工業の多数の分野で使用される方法である。その
ための方法および装置は多数の方式が公知である。ダス
トを発生せず、流動性の良いカ粒の製造は重要な適用分
野である。もう１つは粒状物質の特定の層による被覆で
ある。医薬品工業では粒状キヤリヤ物質上に有効物質含
有層が被覆される。高温原子炉の燃料要素製造の際も造
粒によつて被覆層が粒子へ被覆される。この場合熱分解
炭素および場合により炭化ケイ素も被覆した核燃料分子
はさらに処理する前に結合剤を含む黒鉛粒子からなる付
加的被覆層を備える。このように被覆した燃料分子は次
に被覆層と同じ材料からなる黒鉛マトリツクスへ高圧で
圧入される。熱分解炭素層および場合により炭化ケイ素
層の目的は原子炉運転の際発生する固体およびガス状分
解生成物を燃料要素内に保持することである。それゆえ
この層は燃料要素製造の際、とくにプレスによる成形工
程の際損傷されてはならない。非常に高いアイソスタチ
ツク圧力負荷も層の破壌に導いてはならない。しかし被
覆粒子がマトリツクスへの圧入の際接触し、この点接触
によつて局部的圧力ピークが発生すれば層の破壌が生ず
る。
被覆した燃料粒子の結合剤含有黒鉛粉末による被覆は一
種のスペーサとしてこのような点接触を防ぐ目的を有す
る。被覆層の品質とくに層厚の均一性に対する要求はし
たがつて非常に高い。
種のスペーサとしてこのような点接触を防ぐ目的を有す
る。被覆層の品質とくに層厚の均一性に対する要求はし
たがつて非常に高い。
造粒過程が一般に非常に人的依存性が高いことはとくに
品質保証の点で不利である。とくに始動期には作業員に
非常に多くの指先感覚が要求される。作業員はカ粒材料
の流動挙動に応じて粉末および液体添加を制御し、しば
しば手作業で流動挙動も修正しなければならない。
品質保証の点で不利である。とくに始動期には作業員に
非常に多くの指先感覚が要求される。作業員はカ粒材料
の流動挙動に応じて粉末および液体添加を制御し、しば
しば手作業で流動挙動も修正しなければならない。
さらに造粒を高温原子炉の燃料要素製造の分野に適用す
る際、付加的炭化ケイ素層を有する粒子に必要な２００
μｍ以上の層厚は造粒工程を多数回中断し、そのつど目
的の層厚を有する粒子を分離する場合にしか所要の均一
性をもつて被覆し得ないことは非常に不利なことが明ら
かになつた。この分離を実施しないと、本発明の目的に
受容できない非常に幅の広い層厚分布が得られる。
る際、付加的炭化ケイ素層を有する粒子に必要な２００
μｍ以上の層厚は造粒工程を多数回中断し、そのつど目
的の層厚を有する粒子を分離する場合にしか所要の均一
性をもつて被覆し得ないことは非常に不利なことが明ら
かになつた。この分離を実施しないと、本発明の目的に
受容できない非常に幅の広い層厚分布が得られる。
発明が解決しようとする課題： それゆえ本発明の課題は請求項１の上位概念による方法
を被覆材料のできるだけ狭い層厚分布が大きい層厚の場
合にも達成され、かつこの方法をできるだけ人的依存性
なしに実施しうるように改善することである。
を被覆材料のできるだけ狭い層厚分布が大きい層厚の場
合にも達成され、かつこの方法をできるだけ人的依存性
なしに実施しうるように改善することである。
課題を解決するための手段： この課題は本発明により請求項１の特徴部に記載の手段
によつて解決される。そのためカ粒容器にカ粒材料を装
入する前に厚さ１００〜１０００μｍの被覆材料の層を
設け、引続く造粒工程でカ粒容器の傾斜および（また
は）回転数を、連続的に測定するカ粒材料の連行高さを
介してカ粒材料の所定の連行高さを維持するように制御
する。さらに被覆材料を供給するためカ粒材料への管を
浸漬し、それゆえ被覆材料の供給はカ粒材料の内部で行
われる。
によつて解決される。そのためカ粒容器にカ粒材料を装
入する前に厚さ１００〜１０００μｍの被覆材料の層を
設け、引続く造粒工程でカ粒容器の傾斜および（また
は）回転数を、連続的に測定するカ粒材料の連行高さを
介してカ粒材料の所定の連行高さを維持するように制御
する。さらに被覆材料を供給するためカ粒材料への管を
浸漬し、それゆえ被覆材料の供給はカ粒材料の内部で行
われる。
本発明のその他の有利な構成は請求項２または３に記載
される。
される。
作用： カ粒材料の連行高さとはカ粒材料の粒子が被覆工程の間
に通過する最低点と最高点の間の高さの差を表わし、そ
の際空間的基準系としてはカ粒容器底部の平面が選ばれ
る。
に通過する最低点と最高点の間の高さの差を表わし、そ
の際空間的基準系としてはカ粒容器底部の平面が選ばれ
る。
被覆によつてカ粒容器表面は造粒工程の初めにすでに、
さもなければ工程の進行中に初めて形成される被覆を有
する。
さもなければ工程の進行中に初めて形成される被覆を有
する。
したがつて造粒法の困難な初期にすでに粒子の最適な表
面構造がカ粒材料の高い流動性のための前提として存在
する。
面構造がカ粒材料の高い流動性のための前提として存在
する。
全造粒工程の間のカ粒材料の良好な流動挙動は方法の円
滑な進行および被覆の品質に重要な影響をおよぼす。意
外にも連行高さが流動挙動の質を定量的に判断する測定
可能の制御値として適することが明らかになつた。した
がつて下限値および上限値を指示することができ、それ
を維持することにより最適の流動挙動が保証される。こ
の限界値は経験的に求められる。この値はカ粒容器の形
状寸法およびカ粒材料の性質に依存する。連行高さの検
出はたとえば限界値発信器としての２つの検知器を介し
て行われる。カ粒材料に応じて検知はたとえば光学系、
電気伝導度または放射線に基いて実施することができ
る。検知器はその際カ粒容器の傾斜および（または）回
転速度を制御ユニットを介して公知法で制御する。
滑な進行および被覆の品質に重要な影響をおよぼす。意
外にも連行高さが流動挙動の質を定量的に判断する測定
可能の制御値として適することが明らかになつた。した
がつて下限値および上限値を指示することができ、それ
を維持することにより最適の流動挙動が保証される。こ
の限界値は経験的に求められる。この値はカ粒容器の形
状寸法およびカ粒材料の性質に依存する。連行高さの検
出はたとえば限界値発信器としての２つの検知器を介し
て行われる。カ粒材料に応じて検知はたとえば光学系、
電気伝導度または放射線に基いて実施することができ
る。検知器はその際カ粒容器の傾斜および（または）回
転速度を制御ユニットを介して公知法で制御する。
造粒法の重要な改善は被覆粉末の供給管の流出開口が常
用のように流れるカ粒材料の上になくて、この材料へ浸
漬していることにある。供給管はとくに前面から見て鉛
直線と１０〜３０゜の角を形成し、流出開口はカ粒容器
の回転方向に対向する。
用のように流れるカ粒材料の上になくて、この材料へ浸
漬していることにある。供給管はとくに前面から見て鉛
直線と１０〜３０゜の角を形成し、流出開口はカ粒容器
の回転方向に対向する。
供給管の最適の浸漬深さは上から計つて粒子流動床の高
さの２０〜５０％の範囲にあることが明らかになつた。
体積増加が非常に大きく、この範囲を固定的供給管で維
持できない場合、供給管はたとえば時間を介するプログ
ラム制御により上へ送ることができる。この手段により
製造チヤージ内の被覆層厚の分布幅は著しく改善され
る。この手段の適用によりたとえば炭化ケイ素層を備え
る燃料粒子に厚さ２００μｍの黒鉛被覆層を被覆する場
合、さもなければ必要となる中間ふるい分けを不用とす
ることができる。これはこの方法の自動化のための前提
である。
さの２０〜５０％の範囲にあることが明らかになつた。
体積増加が非常に大きく、この範囲を固定的供給管で維
持できない場合、供給管はたとえば時間を介するプログ
ラム制御により上へ送ることができる。この手段により
製造チヤージ内の被覆層厚の分布幅は著しく改善され
る。この手段の適用によりたとえば炭化ケイ素層を備え
る燃料粒子に厚さ２００μｍの黒鉛被覆層を被覆する場
合、さもなければ必要となる中間ふるい分けを不用とす
ることができる。これはこの方法の自動化のための前提
である。
実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。
カ粒容器１はたとえば直径が１０００mm、深さが２８０
mmである。この容器は無段変速可能のモータ６によつて
駆動される。もう１つのモータ５によつてカ粒容器１の
傾斜を造粒過程の間に変化することができる。
mmである。この容器は無段変速可能のモータ６によつて
駆動される。もう１つのモータ５によつてカ粒容器１の
傾斜を造粒過程の間に変化することができる。
被覆材料の計量は計量スクリュー７によつて行われる。
モータ９を有するスパイラルは被覆材料の供給管１０か
らの連続的自由流出に役立つ。
モータ９を有するスパイラルは被覆材料の供給管１０か
らの連続的自由流出に役立つ。
カ粒容器１の前面のふた２に液体供給のためのスプレー
ノズル３，４，造粒容器被覆のためのノズル８およびカ
粒材料の連行高さを検出するための２つのゾンデ１１が
設置される。
ノズル３，４，造粒容器被覆のためのノズル８およびカ
粒材料の連行高さを検出するための２つのゾンデ１１が
設置される。
例１： 高温原子炉の燃料要素を製造するため、方法の第１工程
としてカ粒容器１の被覆が行われる。そのため２成分ノ
ズル８により結合剤含有黒鉛粉末および溶剤（メタノー
ル／アセトン）からなる懸濁液を全自動的にカ粒容器１
内の粒子の接触面へスプレーする。乾燥後の層厚は約 3
00μｍである。
としてカ粒容器１の被覆が行われる。そのため２成分ノ
ズル８により結合剤含有黒鉛粉末および溶剤（メタノー
ル／アセトン）からなる懸濁液を全自動的にカ粒容器１
内の粒子の接触面へスプレーする。乾燥後の層厚は約 3
00μｍである。
炭化ケイ素中間層なしの被覆燃料粒子に普通の１００μ
ｍの被覆層を設けるため、この燃料粒子（平均直径７７
０μｍ、平均密度２．７ｇ／cm3）５kgをカ粒容器１へ
装入する。供給管１０を粒子流動床へ約１cm浸漬し、前
面から見て鉛直線と２０゜の角度を形成するように調節
する。
ｍの被覆層を設けるため、この燃料粒子（平均直径７７
０μｍ、平均密度２．７ｇ／cm3）５kgをカ粒容器１へ
装入する。供給管１０を粒子流動床へ約１cm浸漬し、前
面から見て鉛直線と２０゜の角度を形成するように調節
する。
次に所定のプログラムにより時間に依存して公知法で溶
剤のスプレーによる粒子の湿しおよび被覆材料の供給が
行われる。
剤のスプレーによる粒子の湿しおよび被覆材料の供給が
行われる。
カ粒容器１の回転数および傾斜を２つの測定ゾンデ１１
によりカ粒材料１２の連行高さがつねに２つの測定ゾン
デ１１の間にあるように調節する（第３図）。この場合
燃料粒子のβ線およびγ線に応答する測定ゾンデであ
る。
によりカ粒材料１２の連行高さがつねに２つの測定ゾン
デ１１の間にあるように調節する（第３図）。この場合
燃料粒子のβ線およびγ線に応答する測定ゾンデであ
る。
信号評価装置を有する２つのゾンデ１１はたとえば２点
制御系を形成する。両方の測定ゾンデ１１が応答しない
場合、連行高さは低過ぎるので、回転数を上昇し、また
はカ粒容器１の鉛直線に対する角度を増大する。下側測
定ゾンデのみが応答する場合、連行高さは標準値に相当
して２つのゾンデの間にある。カ粒容器１の速度および
傾斜は不変に留まる。両方の測定ゾンデ１１が応答する
場合、連行高さは高過ぎる：回転数を絞り、またはカ粒
容器１の鉛直線に対する角度を上側測定ゾンデが応答し
なくなるまで小さくする。この調節によつてカ粒材料１
２の最適の流れ、したがつて被覆層の均一な密度および
厚さが補償される。
制御系を形成する。両方の測定ゾンデ１１が応答しない
場合、連行高さは低過ぎるので、回転数を上昇し、また
はカ粒容器１の鉛直線に対する角度を増大する。下側測
定ゾンデのみが応答する場合、連行高さは標準値に相当
して２つのゾンデの間にある。カ粒容器１の速度および
傾斜は不変に留まる。両方の測定ゾンデ１１が応答する
場合、連行高さは高過ぎる：回転数を絞り、またはカ粒
容器１の鉛直線に対する角度を上側測定ゾンデが応答し
なくなるまで小さくする。この調節によつてカ粒材料１
２の最適の流れ、したがつて被覆層の均一な密度および
厚さが補償される。
平均被覆厚さはこのような所定条件下に被覆時間の一義
的関数であり、１００μｍごとに35分必要である。被覆
過程の終了後、粒子を取出し、乾燥する。
的関数であり、１００μｍごとに35分必要である。被覆
過程の終了後、粒子を取出し、乾燥する。
被覆品質の尺度は被覆層の厚さの分布である。これは再
び被覆した粒子の直径分布に反映する。
び被覆した粒子の直径分布に反映する。
第４図には本発明の方法および公知法による直径分布が
示される。公知法によればカ粒容器の底部は前被覆され
ず、粉末供給管は粒子流動床への浸漬していない。溶剤
および被覆粉末の供給はカ粒材料の流動挙動の目による
判断に基いて行われる。被覆は同様方法の中断なしに実
施される。
示される。公知法によればカ粒容器の底部は前被覆され
ず、粉末供給管は粒子流動床への浸漬していない。溶剤
および被覆粉末の供給はカ粒材料の流動挙動の目による
判断に基いて行われる。被覆は同様方法の中断なしに実
施される。
第４図は本発明の方法が著しく狭い直径分布を有し、し
たがつて被覆の品質が良好なことを示す。
たがつて被覆の品質が良好なことを示す。
例２： 例１に記載のようにまずカ粒容器底部の被覆を実施す
る。次にSiC中間層を有する燃料粒子（平均直径９００
μｍ、平均密度３．２ｇ／cm3）９kgをカ粒容器１へ装
入し、被覆材料の供給管１０を例１のとおり調節する。
所定のプログラムにより次に中断なしに連続的作業工程
で厚さ２００μｍの被覆層を設ける。
る。次にSiC中間層を有する燃料粒子（平均直径９００
μｍ、平均密度３．２ｇ／cm3）９kgをカ粒容器１へ装
入し、被覆材料の供給管１０を例１のとおり調節する。
所定のプログラムにより次に中断なしに連続的作業工程
で厚さ２００μｍの被覆層を設ける。
第５図にはこのように被覆した粒子の直径分布が示され
る。比較のため現在までの方法により得られる相当する
分布も記入した。現在までの方法はこの場合例１記載の
ように実施したけれど、２００μｍの被覆厚さのため、
２回中間ふるい分けを実施する必要があつたことで異な
る。
る。比較のため現在までの方法により得られる相当する
分布も記入した。現在までの方法はこの場合例１記載の
ように実施したけれど、２００μｍの被覆厚さのため、
２回中間ふるい分けを実施する必要があつたことで異な
る。
本発明の方法によりはるかに高価な、人的依存性の高い
現在までの方法と同様の狭い粒度分布が得られる。
現在までの方法と同様の狭い粒度分布が得られる。
第１図は造粒装置の斜視図、第２図はカ粒容器の斜視
図、第３図は連行高さを説明する立面図、第４図および
第５図は造粒した粒子の直径分布を示す図である。 １……カ粒容器、８……ノズル、１０……被覆材料供給
管、１１……ゾンデ、１２……カ粒材料
図、第３図は連行高さを説明する立面図、第４図および
第５図は造粒した粒子の直径分布を示す図である。 １……カ粒容器、８……ノズル、１０……被覆材料供給
管、１１……ゾンデ、１２……カ粒材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴアルター・シユミツトナー ドイツ連邦共和国ヴアルトアシヤツフ・ロ ーレル・シユトラーセ 88 (72)発明者 ヴオルフガング・ヴアルツアヴア ドイツ連邦共和国ハナウ９・ヴイーゼンシ ユトラーセ 15 (56)参考文献 「最近 粉粒体プロセス技術集成」〈基 礎技術編〉，産業技術センター，昭和51年 ５月11日，Ｐ．131
Claims (3)
- 【請求項１】カ粒容器ならびに被覆材料および液体を計
量して供給する管からなる装置により、カ粒材料を被覆
材料によつて被覆する方法において、カ粒容器の内側表
面にカ粒材料の装入前に被覆材料の０．１〜１mm厚さの
層を設け、引続く造粒過程でカ粒容器の傾斜および（ま
たは）回転数の変化によつてカ粒材料の所定の連行高さ
を維持し、被覆材料を粒子流動床のカ粒材料内部に供給
することを特徴とするカ粒材料を被覆する方法。 - 【請求項２】被覆材料をつねに粒子流動床の全高の上か
ら０．２〜０．５の高さの範囲に供給する請求項１記載
の方法。 - 【請求項３】被覆材料を供給管によつて供給し、この供
給管が前面から見て鉛直線と１０〜３０゜の角αを形成
し、かつカ粒容器の回転方向に相対している請求項１ま
たは２記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3704167.3 | 1987-02-11 | ||
| DE3704167A DE3704167C1 (de) | 1987-02-11 | 1987-02-11 | Verfahren zum Umhuellen von Granuliergut |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63201595A JPS63201595A (ja) | 1988-08-19 |
| JPH0631758B2 true JPH0631758B2 (ja) | 1994-04-27 |
Family
ID=6320715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63027829A Expired - Lifetime JPH0631758B2 (ja) | 1987-02-11 | 1988-02-10 | カ粒材料を被覆する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4857359A (ja) |
| JP (1) | JPH0631758B2 (ja) |
| DE (1) | DE3704167C1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5124104A (en) * | 1991-05-15 | 1992-06-23 | Holley Carl A | Coal pond fines agglomeration |
| US5165609A (en) * | 1991-09-05 | 1992-11-24 | Technalum Research, Inc. | Method of producing thermally reactive powders using consumable disintegrator disks |
| DE10059922A1 (de) * | 2000-12-01 | 2002-06-20 | Hte Ag The High Throughput Exp | Verfahren zum Aufbringen von Materiallagen auf Formkörpern |
| US7682656B2 (en) * | 2004-06-14 | 2010-03-23 | Agruim Inc. | Process and apparatus for producing a coated product |
| WO2006058422A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Agrium Inc. | Process and apparatus for coating a controlled release product in a rotating drum |
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Family Cites Families (9)
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| US2840842A (en) * | 1953-10-20 | 1958-07-01 | John M Kaheny | Golf ball coating device |
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| GB1134117A (en) * | 1966-04-28 | 1968-11-20 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to the preparation of nuclear fuel elements |
| US3442691A (en) * | 1968-01-23 | 1969-05-06 | Minnesota Mining & Mfg | Surface treating of articles by rotating and reciprocating the treatment container |
| GB1246046A (en) * | 1969-03-27 | 1971-09-15 | Atomic Energy Authority Uk | Coating processes |
| GB1331573A (en) * | 1971-04-28 | 1973-09-26 | Atomic Energy Authority Uk | Nuclear fuel |
| US3974307A (en) * | 1975-02-05 | 1976-08-10 | Bowen Michael E | Method for coating wood chips with resinous liquid |
| GB1546763A (en) * | 1975-04-09 | 1979-05-31 | Unilever Ltd | Product for treating fabric |
| JPS585107B2 (ja) * | 1978-12-27 | 1983-01-29 | ワイケイケイ株式会社 | 小物品の塗装装置 |
-
1987
- 1987-02-11 DE DE3704167A patent/DE3704167C1/de not_active Expired
-
1988
- 1988-02-10 JP JP63027829A patent/JPH0631758B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-02-10 US US07/154,554 patent/US4857359A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 「最近粉粒体プロセス技術集成」〈基礎技術編〉，産業技術センター，昭和５１年５月１１日，Ｐ．１３１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3704167C1 (de) | 1988-08-18 |
| JPS63201595A (ja) | 1988-08-19 |
| US4857359A (en) | 1989-08-15 |
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