JPH1121699A

JPH1121699A - 核燃料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生成する装置

Info

Publication number: JPH1121699A
Application number: JP9193290A
Authority: JP
Inventors: Toru Takeda; 透武田
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 1997-07-03
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】核燃料被覆管等の長尺被処理材を電解処理し
て耐摩耗性の表面酸化膜を生成するための装置で、長尺
被処理材全体を電解液に浸漬することなく、少量の電解
液内を走行通過させながら電解処理を可能として、設備
の大幅な小型化を図る。【解決手段】電気絶縁性外槽体１の入口側壁部３ａと
出口側壁部３ｂおよび直流電源部６の陰極側Ｎと接続の
陰極板２により、電解液Ｅの供与される電解液供給槽４
を内設する。直流電源部６の陽極側Ｐと導通の長尺被処
理材Ｍを、入口側壁部３ａの入口側摺接口４ａから電解
液Ｅ中を介して、出口側壁部３ｂの出口側摺接口４ｂへ
液封状態にて嵌入可能とする。この長尺被処理材Ｍを移
送装置部５の稼動により、矢印Ａ方向へ所定走行速度で
移送させながら、全長にわたり連続的に表面酸化膜の生
成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種の金属製である
長尺被処理材、例えば、ジルコニウム合金からなる核燃
料被覆管を、電解槽の電解液中に浸漬して、直流電源の
陰極側を電解液中の陰極板に接続し、陽極側を上記長尺
被処理材に接続することで電流を流し、このことにより
長尺被処理材の全長にわたって、耐摩耗性や高耐食性を
有する表面酸化膜を生成することのできる小型化された
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】既知の如く軽水炉に使用される核燃料要
素にあって、その核燃料被覆管を形成するには、ジルカ
ロイ−２とかジルカロイ−４等のジルコニウム合金によ
る素材が採択されている。そして上記のジルコニウム合
金は、いずれも耐食性に優れた材料であるが、それでも
原子炉の内部で長時間にわたり高温高圧の水蒸気に晒さ
れると、ノージュラーコロージョンと呼ばれている斑点
状の望ましくない酸化物が生成されることとなる。

【０００３】上記のノージュラーコロージョンなる酸化
物は、燃料集合体の組立作業に際して、他部材であるス
ペーサ、スプリング等との不本意な接触により、核燃料
被覆管の外表面に傷がつき、当該摩耗痕に発生すること
が知られている。そこで、このようなノージュラーコロ
ージョンの発生を抑制するために、当該核燃料被覆管の
外表面に、高耐食性の表面酸化膜を生成することが既に
実施されている。そして、核燃料被覆管の場合には、そ
れ自体比較的軟質であることから、上記の組立作業によ
る摩耗痕が生じ易く、このため核燃料被覆管の取扱いに
は可成りの気配りが必要となって、この種の作業に難渋
することとなる。従って、核燃料被覆管の外表面には、
前記のように耐食性だけでなく、耐摩耗性にも優れた表
面酸化物の生成が要求されている。

【０００４】そこで、上記の如き表面酸化膜の生成手段
としては、核燃料被覆管等の長尺被処理材に対し、オー
トクレーブ処理を施すようにしたり、上記核燃料被覆管
を陽極として電解液に電流を流す陽極酸化処理によっ
て、表面酸化物を形成することが知られており、後者に
よる生成手段を実施するには、可成り長尺である核燃料
被覆管を、これが収納可能である大きな電解槽内の電解
液に浸漬して、当該長尺被処理材を全面にわたり同時に
処理するようにしており、この結果非常に大形な表面処
理膜の生成装置が設置されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
表面酸化膜の生成装置によるときは、電解液内に長尺被
処理材を、完成に浸漬しなければならないため、核燃料
被覆管等の外表面に高耐食性で耐摩耗性に優れた表面酸
化膜を付与しようとすれば、可成り大形の電解槽を含む
設備を必要とし、従って、大きな設備敷地を要するだけ
でなく、当該設備に可成りの投資が強いられるなど、重
大な欠陥を内包していることとなる。

【０００６】本発明は上記従来技術の問題点を解消しよ
うとするもので、請求項１によるときは、核燃料被覆管
等の長尺被処理材の長さに対し、可成り小形の電解液供
給槽を設置する。そして、これに収納された電解液中
を、長尺被処理材が、液封状態にて移送装置部の稼動に
より浸漬通過するようにして、当該通過の過程にあっ
て、連続的に長尺被処理材に表面酸化膜を生成して行く
ようにし、かくして極めて小形化された設備により、表
面酸化膜の生成を実施可能とし、設備敷地や設備投資の
問題を解消しようとしている。

【０００７】次に請求項２にあっては、上記請求項１の
構成に加えて、前掲電解液供給槽の電解液出口と電解液
入口との間に、電解液を回流させて電解液中の酸素や水
素による気泡を除去する電解液循環流路を付設し、この
ことで良好なる表面酸化物の生成を実現可能にしてい
る。

【０００８】さらに、請求項３の場合には、上記請求項
１または請求項２において、長尺被処理材を直流電源部
の陽極側と接続するのに、適切さ太さと長さを有する陽
極コネクタを用いるようにして、当該接続作業を簡易迅
速に行い得るようにすると共に、長尺被処理材の電解液
中における走行を円滑に実施でき、しかも、当該長尺被
処理材の全長にわたって、表面酸化膜の形成が跡絶える
ことなしに、全面的に生成できるようにしている。

【０００９】そして請求項４によるときは、前記請求項
１の構成に対して、洗浄水槽を隣設し、これに入口側嵌
摺口と出口側嵌摺口を開設することで、移送装置部によ
って電解液中を通過して来た長尺被処理材につき、これ
を、そのまま洗浄水槽へ供給し、ここで蒸留水などによ
り洗浄した後排出できるようにして、表面酸化膜を生成
した長尺被処理材の効率的な生産を可能にしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、請求項１では電気絶縁性外槽体と、当該電
気絶縁性外槽体と陰極体とによって形成された電解液供
給槽と、当該電解液供給槽の電解液出口と電解液入口と
の間にあって、電解液を回流させることで、当該電解液
中の気泡を除去するために連設した電解液循環流路と、
この電解液供給槽を画成する電気絶縁性外槽体の入口側
壁部と出口側壁部とに、夫々長尺被処理材が液封状態に
て嵌合する入口側摺接口と出口側摺接口とが貫設されて
いると共に、上記の入口側摺接口から電解液供給槽内を
介して出口側摺接口に嵌装された長尺被処理材を、所定
速度にて出口側摺接口側へ向けて走行させる移送装置部
と、前記の陰極体に陰極側が接続され、陽極側が長尺被
処理材に導通される直流電源部とからなることを特徴と
する核燃料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生成
する装置を提供しようとしている。

【００１１】請求項２にあっては電気絶縁性外槽体と、
当該電気絶縁性外槽体と陰極体とによって形成された電
解液供給槽と、当該電解液供給槽の電解液出口と電解液
入口との間にあって、電解液を回流させることで、当該
電解液中の気泡を除去するために連設した電解液循環流
路と、この電解液供給槽を画成する電気絶縁性外槽体の
入口側壁部と出口側壁部とに、夫々長尺被処理材が液封
状態にて嵌合する入口側摺接口と出口側摺接口とが貫設
されていると共に、上記の入口側摺接口から電解液供給
槽内を介して出口側摺接口に嵌装された長尺被処理材
を、所定速度にて出口側摺接口側へ向けて走行させる移
送装置部と、前記の陰極体に陰極側が接続され、陽極側
が長尺被処理材に導通される直流電源部とからなること
を特徴とする核燃料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化
膜を生成する装置を提供しようとしている。

【００１２】さらに、請求項３では前記請求項１または
請求項２において、直流電源部の陽極側と長尺被処理材
との導通が、当該長尺材の一方または双方の細成端部に
着脱自在なるよう被着される陽極コネクタにあって、こ
の細成端部と当接する接触子と、当該接触子から導出さ
れて前記陽極側に導通の陽極リード線とからなり、かつ
上記陽極コネクタの電気絶縁性外筒が、電解液供給槽の
前記入口側摺接口と出口側摺接口に内嵌自在な外径を有
すると共に、当該入口側摺接口と出口側摺接口の摺接長
以上の長さ寸法に形成されていることを、その内容とし
ている。

【００１３】そして、請求項４に係る核燃料被覆管等の
長尺被処理材に表面酸化膜を生成する装置は、電気絶縁
性外槽体と、当該電気絶縁性外槽体と陰極体とによって
形成された電解液供給槽と、この電解液供給槽を画成す
る電気絶縁性外槽体の入口側壁部と出口側壁部とに、夫
々長尺被処理材が液封状態にて嵌合する入口側摺接口と
出口側摺接口とが貫設されていると共に、上記の入口側
摺接口から電解液供給槽内を介して出口側摺接口に嵌装
され、さらに電気絶縁性外槽体に隣設の洗浄水槽におけ
る入口側嵌摺口に進入して、上記洗浄水槽内を介し出口
側嵌摺口に嵌挿される長尺被処理材を、所定速度にて走
行させる移送装置部と、前記の陰極体に陰極側が接続さ
れ、陽極側が長尺被処理材に導通される直流電源部とか
らなることを、その内容としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１ないし請求項３
につき、図１ないし図３によって以下順次説示すると、
図１と図２（Ａ）によって理解できる通り、図示例では
円筒状とか角筒状に形成された電気絶縁性外槽体１に、
これまた円筒状とか角筒状の陰極体２が、図示例では横
向きに内設されることで、当該陰極体２と、電気絶縁性
外槽体１の相対向して立装された入口側壁部３ａと出口
側壁部３ｂとによって、電解液供給槽４が画成されてい
る。

【００１５】上記の入口側壁部３ａには入口側摺接口４
ａを、出口側壁部３ｂには出口側摺接口４ｂとが、夫々
相対向する位置にあって開設されており、入口側摺接口
４ａから液封状態にて進入させた前記核燃料被覆管等、
端面が円形等で金属製である長尺被処理材Ｍは、これま
た液封状態にて出口側摺接口４ｂへ嵌入されるよう構成
されており、従って、当然ながらこの電解液供給槽４
は、長尺被処理材Ｍの長さに対し、可成り小形に形成さ
れている。

【００１６】ここで、上記の如く入口側摺接口４ａと出
口側摺接口４ｂとを液封状態で、長尺被処理材Ｍを摺動
させながら矢印Ａ方向へ走行させようとするには、図示
例の如くゴムとか合成樹脂製のリング状とした入口側パ
ッキン４Ａ、出口側パッキン４Ｂを、夫々入口側壁部３
ａと出口側壁部３ｂに嵌着するのが望ましい。そして、
上記の長尺被処理材Ｍを矢印Ａ方向へ走行させるため、
移送装置部５が設けられていると共に、もちろん当該長
尺被処理材Ｍに陽極側Ｐを、前記陰極体２に陰極側Ｎを
夫々導通させるための直流電源部６が設けられている。

【００１７】上記の移送装置部５には各種構成のものを
採択できるが、図示例では図１と図３に示されているよ
うに、長尺被処理材Ｍの走行速度を制御できるようにし
た移送用動力源５ａにより、回転駆動自在とした受承駆
動ローラ５ｂと、その対向上位に配設した遊動抑えロー
ラ５ｃとを、例えば入口側壁部３ａの手前側に設け、出
口側壁部３ｂの走行後続側には、受承遊動ローラ５ｄと
遊動抑えローラ５ｅとによって、長尺被処理材Ｍを回転
自在なるよう挟装するといったものを用いることができ
る。そしてこれらのローラ群については、図３の如くこ
鼓形のものを使用するのがよい。

【００１８】次に前掲直流電源部６の電気的接続手段に
つき説示すると、陰極側Ｎは、陰極リード線Ｎ１を電気
絶縁性外槽体１の貫設により陰極体２に接続すればよ
く、これに対し陽極側Ｐについても、図示の陽極リード
線Ｐ１を、長尺被処理材Ｍの一端部等に適宜の手段によ
り接続すればよい。

【００１９】しかし、請求項３に明示の如き接続手段に
よるときは、図２に開示したように、長尺被処理材Ｍの
一端または要すれば両側にあって、陽極コネクタ６Ａを
被着するようにしている。すなわち、この場合、長尺被
処理材Ｍにおける長手方向の双方にあって設けられた細
成端部Ｍ１のうち、その一方または双方に陽極コネクタ
６Ａを着脱自在なるよう被嵌するのである。

【００２０】この陽極コネクタ６Ａは、細成端部Ｍ１と
当接する図２（Ｂ）では、発条板による接触子６ａと、
これから導出されて陽極側Ｐに導通の陽極リード線Ｐ１
と、上記接触子６ａが被嵌内設されている電気絶縁性外
筒６ｂとにより構成されており、図中６ｃは電気絶縁性
外筒６ｂの被嵌口を示している。尚陽極コネクタ６Ａ
は、上記の如く接触子６ａの弾力によって細成端部Ｍ１
等に圧接するだけでなく、別途図示しない止め螺子の締
着で押圧するようにしてもよい。

【００２１】さらに、上記の陽極コネクタ６Ａは、その
電気絶縁性外筒６ｂの外径が、電解液供給槽４における
入口側摺接口４ａと出口側摺接口４ｂに内嵌して、液密
状態で摺接自在な寸法に形成されていると共に、さら
に、当該電気絶縁性外筒６ｂの長さＬ１が、入口側摺接
口４ａと出口側摺接口４ｂの摺接長Ｌ２との同等以上に
形成されている。

【００２２】従って、このように構成すれば図２（Ｂ）
により明示の如く、長尺被処理材Ｍを、電解液供給槽４
内へ矢印Ａ方向へ進入させることで、陽極コネクタ６Ａ
が入口側摺接口４ａに嵌入したような際、当該陽極コネ
クタ６Ａの先端部が、電解液供給槽４内に進入するまで
長尺被処理材Ｍを走行させることができ、この結果、細
成端部Ｍ１を除く端末部Ｍ２まで、完全に電解処理を行
うことが可能となる。

【００２３】尚、上記の如き陽極コネクタ６Ａを、他方
側の細成端部Ｍ１にも被嵌すれば、当該端末部Ｍ２につ
いても上記の如く完全な電解表面処理が可能となるが、
この場合には陽極コネクタ６Ａではなく、図１、図２
（Ａ）に示す如く同様の寸法に形成したキャップ６Ｂを
被嵌するようにしてもよい。

【００２４】従って、上記請求項１と請求項２に係る表
面酸化膜を生成する装置によるときは、上記の電解液供
給槽４における入口側摺接口４ａと出口側摺接口４ｂと
に、長尺被処理材Ｍの先端側を嵌装後、図示例では電解
液供給槽４の上部に設けられた電解液入口１ａなどか
ら、１ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液などによる電解液Ｅを充
満するまで供給し、陽極コネクタ６Ａを細成端部Ｍ１に
被嵌することで、長尺被処理材Ｍと陰極体２との間に、
直流電源部６により４０〜６０Ｖ程度の電圧を印加す
る。

【００２５】次いで移送装置部５を稼動することで、移
送用動力源５ａにより、予め調整しておいた走行速度に
て長尺被処理材Ｍを、矢印Ａ方向へ移送することにな
る。この際長尺被処理材Ｍが、電解液と接触している時
間を１０〜３０秒程度となるようにしておけば、当該長
尺被処理材Ｍは全長にわたって、連続的に均一な表面酸
化膜を生成することができる。実際上、当該表面酸化膜
の膜圧は約５００ｎｍ程度となることが確認され、また
当該膜厚は前記した直流電源部６による印加電圧と、長
尺被処理材Ｍの走行速度を調節することで、変化させ得
ることも知見された。

【００２６】ここで、請求項２につき説示すると、図１
にあって明示の如く上記した請求項１の構成に、電解液
循環流路７を付設するようにしている。すなわち、電気
絶縁性外槽体１の上部には、既述の電解液入口１ａだけ
でなく、電解液出口１ｂを立設するようにし、これら両
口の間に、電解液Ｅを回流させることで、当該電解液Ｅ
中の気泡、すなわち前記のＮａＯＨ水溶液が電解液であ
れば、陰極板２では水素、陽極である長尺被処理材Ｍで
は酸素である気泡が夫々発生することになるが、当該気
泡を除去するための上記電解液循環流路７を連設するの
である。このようにすることで、当該請求項２によると
きは、長尺被処理材Ｍの表面に酸化膜を、効率的にして
かつ充分量だけ生成することができることになる。ここ
で図１に例示の電解液循環流路７には、電解液タンク７
ａと送液ポンプ７ｂが連結されており、７ｃは気泡排出
口を示している。

【００２７】さらに、請求項４について、その技術内容
を図４により説示すると、これまた基本的構成について
は請求項１と同じであるが、相違するところは、前掲電
解液供給槽４の内設された電気絶縁性外槽体１に、洗浄
水槽８を隣装配設することである。この洗浄水槽８で
は、前段において電解液Ｅ内で表面酸化膜が生成された
当該長尺被処理材Ｍにつき、これを洗浄するのである
が、当該洗浄を、前記の移送装置部５の稼動による一連
の移送行程において実施してしまうようにしている。

【００２８】このため請求項４にあっては、前記の電気
絶縁性外槽体１の前記した出口側摺接口４ｂから送出さ
れてきた長尺被処理材Ｍを、そのまま走行させて前記し
た洗浄水槽８における入口槽壁部８ａの入口側嵌摺口８
ｂに先ず進入させる。そして、さらに当該洗浄水槽８の
上壁に貫設した洗浄水噴出口８ｅから、走行する長尺被
処理材Ｍへ蒸留水Ｗを噴当させた後、出口槽壁部８ｃの
出口側嵌摺口８ｄに嵌入して走行が続行されるようにし
てあり、図４にあって、８ｆは下壁に設けた洗浄水排出
口を示し、５ｆ、５ｇは出口側嵌摺口８ｄの近くに設け
られた移送装置部５における最終段の夫々受承遊動ロー
ラと遊動抑えローラである。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上のようにして構成されてい
るから、請求項１によるときは、長尺被処理材を大きな
電解槽内に浸漬することなく、単に電解液供給槽内の電
解液中を通過させながら電解による表面酸化膜の生成を
可能としたので、従来技術に比し大幅にその設備敷地や
装置規模を小形化でき、この種の表面酸化膜の生成を必
要とする産業界に益するところ大である。

【００３０】請求項２では、請求項１の構成に電解液循
環流路を付加するようにしたので、電解表面処理により
生ずる気泡を積極的に除去することができ、これによ
り、長尺被処理材を可成りの走行速度で移送しても、望
ましい表面酸化膜を生成でき、生成効率を向上させるこ
とが可能となる。

【００３１】請求項３では、請求項１または請求項２に
おいて、適切な寸法と構成による陽極コネクタにより、
直流電源部の陽極側を接離自在なるよう長尺被処理材に
導通させるようにしたことから、この種装置を用いる際
の作業処理が迅速に行い得ると共に、円滑なる長尺被処
理材の走行を確保することができ、かつ長尺被処理材の
全長にわたる全面的な表面酸化膜の生成を保証すること
ができる。

【００３２】請求項４によるときは、前記請求項１の構
成に加えて、洗浄水槽を適切に配設するようにしたか
ら、表面酸化膜の生成だけでなく、その後の洗浄処理に
ついても、一連の行程で実施できることになり、表面酸
化膜の生成された最終処理製品を、迅速に提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１ないし請求項３に係る一実施
態様による一部切欠の全体構成を示した正面略示図であ
る。

【図２】（Ａ）は図１における電気絶縁性外槽体を示し
た斜視図で、（Ｂ）は長尺被処理材と陽極コネクタとの
接続状態を示した要部縦断正面図である。

【図３】（Ａ）は図１における移送装置部を示す拡大正
面図で、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図４】本発明に係る請求項４の一実施態様を示した一
部切欠の全体構成を示す正面略示図である。

【符号の説明】

１電気絶縁性外槽体１ａ電解液入口１ｂ電解液出口２陰極体３ａ入口側壁部３ｂ出口側壁部４電解液供給槽４ａ入口側摺接口４ｂ出口側摺接口５移送装置部６直流電源部６Ａ陽極コネクタ６ａ接触子６ｂ電気絶縁性外筒７電解液循環流路８洗浄水槽８ｂ入口側嵌摺口８ｄ出口側嵌摺口Ｅ電解液Ｌ２摺接長Ｍ長尺被処理材Ｍ１細成端部Ｎ陰極側Ｐ陽極側Ｐ１陽極リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性外槽体と、当該電気絶縁性外
槽体と陰極体とによって形成された電解液供給槽と、こ
の電解液供給槽を画成する電気絶縁性外槽体の入口側壁
部と出口側壁部とに、夫々長尺被処理材が液封状態にて
嵌合する入口側摺接口と出口側摺接口とが貫設されてい
ると共に、上記の入口側摺接口から電解液供給槽内を介
して出口側摺接口に嵌装された長尺被処理材を、所定速
度にて出口側摺接口側へ向けて走行させる移送装置部
と、前記の陰極体に陰極側が接続され、陽極側が長尺被
処理材に導通される直流電源部とからなることを特徴と
する核燃料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生成
する装置。
【請求項２】電気絶縁性外槽体と、当該電気絶縁性外
槽体と陰極体とによって形成された電解液供給槽と、当
該電解液供給槽の電解液出口と電解液入口との間にあっ
て、電解液を回流させることで、当該電解液中の気泡を
除去するために連設した電解液循環流路と、この電解液
供給槽を画成する電気絶縁性外槽体の入口側壁部と出口
側壁部とに、夫々長尺被処理材が液封状態にて嵌合する
入口側摺接口と出口側摺接口とが貫設されていると共
に、上記の入口側摺接口から電解液供給槽内を介して出
口側摺接口に嵌装された長尺被処理材を、所定速度にて
出口側摺接口側へ向けて走行させる移送装置部と、前記
の陰極体に陰極側が接続され、陽極側が長尺被処理材に
導通される直流電源部とからなることを特徴とする核燃
料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生成する装
置。
【請求項３】直流電源部の陽極側と長尺被処理材との
導通が、当該長尺材の一方または双方の細成端部に着脱
自在なるよう被着される陽極コネクタにあって、この細
成端部と当接する接触子と、当該接触子から導出されて
前記陽極側に導通の陽極リード線とからなり、かつ上記
陽極コネクタの電気絶縁性外筒が、電解液供給槽の前記
入口側摺接口と出口側摺接口に内嵌自在な外径を有する
と共に、当該入口側摺接口と出口側摺接口の摺接長以上
の長さ寸法に形成されている請求項１または請求項２に
記載の核燃料被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生
成する装置。
【請求項４】電気絶縁性外槽体と、当該電気絶縁性外
槽体と陰極体とによって形成された電解液供給槽と、こ
の電解液供給槽を画成する電気絶縁性外槽体の入口側壁
部と出口側壁部とに、夫々長尺被処理材が液封状態にて
嵌合する入口側摺接口と出口側摺接口とが貫設されてい
ると共に、上記の入口側摺接口から電解液供給槽内を介
して出口側摺接口に嵌装され、さらに電気絶縁性外槽体
に隣設の洗浄水槽における入口側嵌摺口に進入して、上
記洗浄水槽内を介し出口側嵌摺口に嵌挿される長尺被処
理材を、所定速度にて走行させる移送装置部と、前記の
陰極体に陰極側が接続され、陽極側が長尺被処理材に導
通される直流電源部とからなることを特徴とする核燃料
被覆管等の長尺被処理材に表面酸化膜を生成する装置。