CN1969342A - 用于制造高温气冷反应堆的涂敷燃料颗粒的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于制造高质量涂敷燃料颗粒装置，通过优化气体入口通道和喷嘴开口的结构使得混有涂敷材料的气体向反应容器中的供给稳定化和均匀化。该装置包括具有位于容器底部的气体入口喷嘴的流化床反应容器，通过在燃料核被流化的加热环境下，将含有涂敷气体和流化气体的混有涂敷材料的气体从气体入口喷嘴导入其内部，在每个UO₂燃料核的表面上形成多层覆层。该气体入口喷嘴包括：盘形喷嘴主体，安装在反应容器的底部中以构造容器中心底部的至少一部分；多个喷嘴开口，设置在喷嘴主体上沿多个圆形区域分布的位置处，这些圆形区域绕反应容器的所述底部的中心轴线彼此同心；一个或多个气体入口通道，穿过喷嘴主体并且从容器底表面侧与喷嘴开口连通；以及一个或多个气体入口管，与一个或多个气体入口通道连通，并且将混有涂敷材料的气体从设置在反应容器外部的气体供给系统供给至这些通道。

Description

用于制造高温气冷反应堆的涂敷燃料颗粒的装置

技术领域

本发明涉及一种用于制造用在高温气冷反应堆(HTGRs)的涂敷燃料颗粒的装置。更具体而言，本发明涉及用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置，该装置具有流化床反应装置，其中涂敷燃料颗粒通过在由例如二氧化铀的铀化合物组成的燃料核上形成多层覆层而制出。

背景技术

HTGRs能够在高出口温度下释放出氦气并保证高度内在安全性，这是通过构造包括带有大热容的石墨成分并在高温下保持稳固性的燃料配置的反应堆芯、以及通过采用不会在高温下发生化学反应的例如氦的气体冷却剂来获得的。所得大约900℃的高温热量使得大范围领域中的热利用成为可能，不仅在发电领域而且在制氢领域、化工厂或其它领域中。

对于HTGRs的燃料，通常采用的是直径大约为350至650微米的燃料核，这些燃料核通过采用包括铀的化合物例如二氧化铀作为原材料并将该化合物烧结为陶瓷形态而制出。更具体而言，对于HTGRs的燃料，采用的是涂敷燃料颗粒，这种颗粒通过在燃料核的外表面上形成多层覆层而制出，并且具有处于涂敷燃料颗粒中心的燃料核。

对于这种涂敷燃料颗粒，通常采用的是燃料核周围共有四层覆层的微粒。更具体而言，具有大约1克/立方厘米密度的低密度热解碳层形成为第一覆层，具有大约1.8克/立方厘米密度的高密度热解碳层形成为第二覆层，具有大约3.2克/立方厘米密度的碳化硅(SiC)层形成为第三覆层，此外具有大约1.8克/立方厘米密度的高密度热解碳层以与第二覆层相似的方式形成第四覆层。

第一覆层具有作为气体裂变产物(FP)的气体贮层的功能以及作为吸收燃料核变形的缓冲层的功能。此外，第二覆层具有保存气体裂变产物的功能，第三覆层具有保存固体裂变产物的功能、并作为覆层的主要加强部件。第四覆层具有与第二覆层类似的保存气体裂变产物的功能、以及作为第三覆层之保护层的功能。

上述这种涂敷燃料微粒通常具有大约500至1000微米的直径。该涂敷燃料颗粒分散在石墨基材料中并被压制成被称为燃料压块的规定形状，此外还通过将规定量的燃料压块放入由石墨制成的筒中、并塞住筒的顶面和底面来形成燃料棒形状。燃料棒最后插入到六棱柱形石墨块的多个插入开口中，多个六棱柱形石墨块堆叠形成多级蜂窝排列，从而形成反应堆芯。

制成涂敷燃料微粒所用的涂敷之前的燃料核通常通过下列处理来制造。即，首先硝酸铀酰原液通过将氧化铀粉末溶解在硝酸中制出，然后用于滴加的原液通过向硝酸铀酰原液添加纯水和添加剂并搅拌它们而得以制出。添加剂是增稠剂，其添加可以使得硝酸铀酰液滴可在降落过程中通过自身表面张力形成球形，同时可以使得原液可通过与氨水以及例如聚乙烯醇树脂、在碱性环境下具有胶粘性的树脂、聚乙二醇、metolose(商业名字)及其它推荐的添加剂相接触而胶化。

上述准备的用于滴加的原液被冷却至规定温度，从而其粘性受到调节。此后，通过振动小直径滴嘴而将原液滴入氨水溶液。在直到液滴落在氨水溶液的表面上的期间液滴暴露于空间中的氨气以胶粘其表面，从而该液滴可避免在降落时变形。已经作为液滴进入氨水溶液中的原液在硝酸铀酰与氨充分反应的同时通过前述添加剂粘合，并表现为包含重铀酸铵(ADU)的凝胶状微粒形式。所含ADU凝胶状微粒在空气中焙干以去除其中的水份和添加剂，从而表现为三氧化铀微粒的形式，此外进行还原和烧结，从而表现为由高密度陶瓷态二氧化铀组成的球形燃料核的形式。

采用这种燃料核的涂敷燃料颗粒用具有流化床的反应装置生产。作为其一个示例提供的是通过将在硫化床反应容器中充入燃料核来形成覆层的方法，从设置在反应容器底部的气体入口喷嘴穿过气体入口管而喷射混有涂敷材料的气体，从而使燃料核流化，并且通过混有涂敷材料的气体在流化过程中的热分解作用而使涂敷材料分子沉淀在燃料核表面上(参见JP5273374A)。

例如，前述低密度碳的第一覆层通过在大约1400℃热分解乙炔(C₂H₂)而形成，高密度碳的第二和第四覆层通过在大约1400℃热分解丙烯(C₃H₆)而形成。在第三覆层的情况下，SiC层通过在大约1600℃热分解甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)而形成。

当所述覆层用前述相应的涂敷材料形成，包含涂敷材料之一的涂敷气体混合着其它气体，以形成对应于每个要形成覆层的混有涂敷材料的气体，并且该处理在颗粒充分地在反应容器中流化的状态下执行，从而均匀地将覆层施加于颗粒。这就是制造涂敷燃料颗粒的反应装置被称为流化床的原因。对于要被混合以使颗粒流化的气体(即流化气体)，在形成第一、第二及第四覆层的情况下通常采用作为一种惰性气体的氩气，而在形成第三覆层的情况下通常采用的是氢气或氢氩混合气。

此外，通常的燃料压块通过用石墨粉组成的石墨粘结材料、酚醛树脂及其它材料进一步涂敷该涂敷燃料颗粒表面来获得，然后将制品压制成形或模制成形为空心或实心筒形，之后使压块经受热处理从而使得压块中用作粘结剂的酚醛树脂碳化，并进一步使压块经受其它热处理从而去除压块中所含的气体成分。

在用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的传统型装置中，气密壳体(腔)的顶盖以可开合的方式(参见JP5287285A)安装，因此流化床反应容器内部仅能从气密壳体的顶部进入。

此外，用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的传统型装置具有流化床反应容器，该容器经由包围容器的壳体顶部充入二氧化铀燃料核，涂敷气体和流化气体的混合气穿过安装在容器底部上的气体入口喷嘴从入口进入该容器，用以流化该燃料核并在其表面上施加覆层。在壳体内部，石墨制加热器绕反应容器的外周设置以加热容器的内部，同样由石墨制成的绝缘件环绕加热器的外周设置。这时，对于加热器而言，可采用任何加热器，只要它绕反应容器的外周设置，例如还可采用具有筒状的加热器或者绕流化床反应容器外周均匀设置的多个棒状加热器。

此外，在用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的传统型装置中，用于将涂敷气体和流化气体供给至流化床反应容器的气体供给系统设计为，使得要供给至反应容器的涂敷气体和流化气体可独立地用截止阀和调节器进行控制。例如，流化气体和涂敷气体从它们各自的瓶中供给，然后彼此混合以形成用在第一、第二及第四覆层的每个形成处理中的混有涂敷材料的气体。与此不同的是，在形成第三覆层的处理中，混有涂敷材料的气体从蒸发池产生，其中液相的甲基三氯硅烷在高温下蒸发，甲基三氯硅烷的蒸发产物混合有载气(氢气)并通过载气从池中喷出，该载气从液化氢气瓶中导入该池并且在它供给至容器中时充当流化气体的一部分。该气体供给系统将这些混有涂敷材料的气体供给至流化床反应容器中，进行它们各自的涂敷处理。此外，来自流化床反应容器的废气被传送至气体供给系统的附加废气处理设备。

即，蒸发池中所含的液态甲基三氯硅烷被维持在高温，并且氢气被导入蒸发池，从而蒸发的甲基三氯硅烷与氢气混合、并通过将氢气作为载气而供给至反应容器中。在这种情况下，优选地，气体供给系统包括设置在池与容器之间的供给管线中并称为集气管的设备，以使这些蒸发的甲基三氯硅烷与高流速氢气完全混合，从而达到在反应容器中流化燃料核的目的。

发明内容

随着这种用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的流化床反应装置的规模扩大，会存在几个要解决的问题。第一个问题是如何设计气体入口喷嘴，通过它使得随着装置规模扩大也可能将混有涂敷材料的气体供给至流化床反应容器中。即，在传统型反应装置中通常采用称为单喷嘴的气体入口喷嘴。混有涂敷材料的气体从单气体入口管进入气体入口喷嘴，并且穿过单喷嘴开口被导入反应容器。因此，导入的混有涂敷材料的气体流已经向外弱化，并且流化床反应容器中燃料核的均匀流化几乎不能获得。

特别是，在SiC层形成前述第三覆层的情况下，SiC沉淀逐渐在喷嘴开口处堆积起来，从而该沉淀物随着涂敷反应时间的增长而增加，最后堵塞该喷嘴开口，因此长时间的涂敷反应是不可靠的，其结果是很难形成具有25微米或更大厚度的第三覆层或SiC层。

当一次(一次装炉量)的生产量增加以提高生产效率，即颗粒填充所在的流化床反应容器直径扩大以增加装炉量时，这种问题尤其严重。由于反应容器的直径增加，采用单喷嘴在反应容器内部的内周区域中几乎不流化或未流化的颗粒量也增加，并更难于在一次装炉中均匀涂敷燃料核。

作为解决这种问题的一个对策，例如可能将喷嘴的单气体入口通道分为多个通道，从而混有涂敷材料的气体经由安装在反应容器底部上的喷嘴的多个喷嘴开口喷射到流化床反应容器中。然而在这种情况下，很难实现更均匀的气体供给，除非包括喷嘴开口位置和尺寸、由各气体入口通道的倾斜角确定的气体喷射角度等条件进行良好设置。

考虑到上述情况，本发明的第一个目的是提供一种包括气体入口喷嘴的流化床反应装置，该喷嘴允许混有涂敷材料的气体比以前更稳定和均匀地供给至反应容器中，此外还使得即使当反应容器的尺寸扩大、也能生产出高质量的涂敷燃料颗粒。

第二个问题是如何提高流化床反应装置的维护性能。即，在用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的传统型流化床反应装置中，仅有气密壳体的顶部可以打开合关闭。其结果是，流化床反应容器到装置气密壳体的附接以及从装置气密壳体的分离、以及流化床反应容器内部的清洁，经由气密壳体的顶盖实现，从而流化床反应容器的处理麻烦、并且其维护性很差。

此外，前述第一至第四覆层相继形成在流化床反应容器中，并且能够在一次装炉中得到处理的颗粒数量是有限的。因此，当要制造大量涂敷燃料颗粒时，连续的涂敷操作要重复进行。相反，为了保持涂敷燃料颗粒的高质量，在连续涂敷操作中的每次反应处理开始时，每次都需要进行包括反应容器的更换、反应容器的内部清洁、粘附于供给管内部的烟灰和SiC的回收及其它操作在内的所有维护作业。

然而，由于这种反应容器具有超长管状以保证用于在内部流化燃料核所需的流化床空间高度，所以，包括反应容器的更换、反应容器的内部清洁及其它操作在内的所有维护工作的可操作性非常差，在开始下一个涂敷处理之前需要付出大量的时间和劳动，这使得涂敷燃料颗粒的整个制造工艺的效率恶化。前述的维护问题在装置、即反应容器规模扩大时，尤为严重。

考虑到上述情况，除第一个目的之外，本发明的第二个目的是使得包括例如附接和分离的反应容器的更换、容器内部的清洁等在内的维护作业的可操作性出色，并且即使在流化床反应容器规模扩大时也能提高整个制造工艺的效率。

第三个问题是如何防止装置的热容和绝热性能不会恶化。即，在安装有流化床反应容器的传统型反应装置中，通过在燃料核上形成覆层而获得的涂敷燃料颗粒，经由设置在反应装置之下用于导入混有涂敷材料的气体的入口取出。为了经由该入口排放涂敷燃料颗粒，必须向下去除安装在反应容器底部上的气体入口喷嘴。因此，常用的实践方式不能使气体入口喷嘴长久地固定于反应容器底部。

其结果是，混有涂敷材料的气体从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙中泄漏出来，弥漫在均设置于这一容器气密壳体中的加热器和绝缘件的周围。在前述第一、第二以及第四覆层形成时，弥漫气体不会导致问题。然而当第三覆层形成时，如果作为载气或流化气体的包含在混有涂敷材料的气体中的氢气从间隙中泄漏出来，由于壳体内部被加热到大约1600℃，身为加热器与绝缘件典型材料组分的石墨与这样泄漏的氢气起反应，生成碳氢化合物。

由于碳氢化合物的产生意味着构成加热器和绝缘件的石墨量减少而导致它们的磨损和破坏，结果导致加热器的电阻率变化继而生成的热量会发生改变。此外，在绝缘件被破坏的情况下，热量趋向于从石墨磨损和破坏的部位散逸，热绝缘性能恶化。

其结果是，会显著影响覆层性能的反应堆容器中涂敷温度的分布发生变化。因此，在重复执行连续处理的情况下，由于每次装炉时反应条件都发生不期望的变化，这会引起严重的问题即覆层质量变得不均匀，覆层质量对于HTGRs的燃料中限制可裂变材料的功能非常重要。这一问题在反应装置的尺寸扩大时更糟。

在第一个目的之外，本发明的第三个目的是提供一种即使在连续制造处理的情况下也能够使反应容器中的温度分布稳定化的流化床反应装置，该温度分布会显著影响覆层的性能。该装置不会受其规模扩大的显著影响，并且适合于涂敷燃料颗粒的连续生产。

第四个问题涉及用于将用来形成SiC层的混有涂敷材料的气体供给至反应容器中的气体供给系统。即，将载气或流化气以及作为碳化硅源的碳化硅化合物气体混合而生产的混有涂敷材料的气体(大多数情况下是H₂的载气和甲基三氯硅烷蒸发气体的混合物)，用在形成SiC层或前述第三覆层的情况中；在蒸发池中生成的混有SiC涂敷材料的气体中，碳化硅成分的比例依赖于蒸发池的温度和H₂载气的量或速率。因此，当生成的甲基三氯硅烷蒸发气体的量不稳定时，有可能使由此形成的SiC层厚度和密度受到影响，从而导致其不均匀性。

此外，对于在蒸发池中高温下生成的混有SiC涂敷材料的气体，其温度可通过与流化气体混合以及在气体供给管线中的运输而降低。尤其是，气体供给管线通常包括朝向垂直和水平方向的弯曲，并且甲基三氯硅烷的比重大于氢气的比重。因此，存在一个问题，即甲基三氯硅烷驻留在管弯曲的位置或者氢气从上面流过的管底部，供给气体的压力由于受到气体供给管线中压力损失的影响而不稳定，以及甲基三氯硅烷不能稳定地供给到反应容器中。其结果是，有可能使SiC层的厚度和密度受到影响，并导致其不稳定性。

当装置规模扩大时，这一问题更加严重。即，随着装置规模的扩大，必须增加供给气体的量。其结果是，随着蒸发池规模的扩大，温度的分布难于均匀化，并导致混有SiC涂敷材料的气体中成分比例的不稳定。此外，通过气体供给管线直径的增加，管子中的温度分布变得不均匀，并且混有SiC涂敷材料的气体中各成分的比例变得不稳定。

除第一个目的之外，本发明的第四个目的是获得一种制造装置，具体地说，它能稳定地将混有SiC涂敷材料的气体供给至反应容器中。制造装置必须对SiC层的厚度和密度毫无影响，并且适合于即使装置规模扩大也一样获得均匀的SiC层。

因此，本发明提供一种用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置，该装置配备有：具有气体入口喷嘴的流化床反应容器，该喷嘴位于容器的底部，该反应容器用以在一次装炉量的由烧结二氧化铀形成的燃料核的每个表面上形成多层覆层，所述覆层的形成是通过在燃料核被流化的加热环境中、从所述气体入口喷嘴将包含涂敷气体和流化气体的混有涂敷材料的气体导入容器内部而实现的；绕流化床反应容器设置的加热器，用以加热所述流化床反应容器；绝缘件，围绕加热器外周、并将容纳流化床反应容器于其中；以及筒状壳体，用以将流化床反应容器、加热器以及绝缘件容纳于其中；其中，所述气体入口喷嘴包括：盘形喷嘴主体，安装在反应容器的底部中以构造容器中心底部的至少一部分；多个喷嘴开口，设置在喷嘴主体上沿多个圆形区域分布的位置处，这些圆形区域绕反应容器的所述底部的中心轴线彼此同心；一个或多个气体入口通道，穿过喷嘴主体并且从容器底表面侧与喷嘴开口连通；以及一个或多个气体入口管，与一个或多个气体入口通道连通，并且将混有涂敷材料的气体从设置在反应容器外部的气体供给系统供给至这些通道。

因此就可能用设置在喷嘴主体上沿同心圆形区域分布的位置处的多个喷嘴开口来调节混有涂敷材料的气体的流入，从而能均匀流化燃料核，而且即使在流化床反应容器规模扩大时，也能高质量地制造涂敷燃料颗粒。

即，用这一喷嘴，有可能与采用具有单喇叭形气体入口通道的传统型气体入口喷嘴相比完全均匀地将混有涂敷材料的气体供给至反应容器中，因而有可能不仅均衡燃料核的流化、还均衡所形成覆层，并获得具有充分且均匀质量的涂敷燃料颗粒。

此外，在形成前述由SiC层组成的第三覆层的处理中，由于混有涂敷材料的气体供给用喷嘴开口分散，生成的SiC沉淀也分散于喷嘴开口，喷嘴开口处的沉淀不会堆积到堵塞开口，并且阻碍混有涂敷材料的气体的危险也得以避免。因此，有可能使SiC涂敷反应维持很长一段时间，从而形成具有迄今难于获得的例如25微米或更大厚度的SiC层。

在本发明的范围内，混有涂敷材料的气体供给至喷嘴开口所经由的气体入口通道的数量可以是一个或更多。例如，可采用的是单个气体入口通道在通往反应容器的途中分为多个子通道，混有涂敷材料的气体供给至多个喷嘴开口。此外，也可以是多个组，每组中单个气体入口通道在通往反应容器的途中分为多个子通道，混有涂敷材料的气体供给至多个喷嘴开口。此外，甚至也可以采用混有涂敷材料的气体从多个气体入口通道供给至相应多个喷嘴开口的情况。

因此，对于根据本发明的气体入口通道的多个喷嘴开口或多个通道，可以采用以下任何一种情形：所有的喷嘴开口通过单个气体入口通道连通，或者每个喷嘴入口通过特有的气体入口通道连通，或者喷嘴开口分为多个组、每个组的开口通过相应的气体入口通道连通。

喷嘴开口可设置在盘形喷嘴主体上沿多个圆形区域分布的位置处，这些区域绕反应容器底部的中心轴线彼此同心。在本发明的范围内，同心圆形区域可包括例如中心与反应容器的中心轴线重合的中心环形区域。在这种情况下，除了沿至少一个具有距离中心轴线的半径的同心圆形区域定位的其它喷嘴开口之外，还提供中心与反应容器的中心轴线重合的中心喷嘴开口。优选地，喷嘴开口沿每个同心圆形区域定位，从而消除反应容器中流入气体的偏离。

此外优选的是，喷嘴开口的所处位置尽可能在被反应容器的中心底部中的盘形喷嘴主体占据的整个区域上均匀分散，从而进一步均衡混有涂敷材料的气体向流化床反应容器中的供给。出于此目的，在本发明的优选实施例中，喷嘴开口设置在喷嘴主体上沿多个圆形区域分布的位置处，这些区域绕反应容器底部的中心轴线彼此同心。而在另一优选实施例中，喷嘴开口与气体入口通道连通、并且沿每个同心圆形区域等角间隔定位，这些圆形区域绕反应容器底部的中心轴线同心，在这种情况下尽管结构简单、也有可能均匀供给混有涂敷材料的气体。

在单个气体入口通道与所有喷嘴开口连通的情况下，优选的是，在相应喷嘴开口逐渐从中心到反应容器内周区域过渡时，从单个气体入口通道径向延伸的分支通道的方向的倾斜度增加。在这种情况下，从内周区域上的分支气体入口通道的喷嘴开口供给来的混有涂敷材料的气体射流，被径向导向反应容器的内周壁，因此混有涂敷材料的充足气流被供给到容器中的内周区域，而在一般情况下混有涂敷材料的气体不能被充分供给到容器中。其结果是，混有涂敷材料的气体能够更均匀地供给至整个容器腔。

此外，由于喷射的混有涂敷材料的气体的供给射流速度通常随着从气体入口喷嘴的中心轴线位置到反应容器内周区域的距离而减小，优选设计喷嘴开口从而使得位于同一同心圆形区域位置的喷嘴开口可具有相同的开口面积、并且位于远离中心轴线的区域上的喷嘴开口可具有比位于靠近中心轴线的区域上的喷嘴开口更大的开口面积。在这种情况下，有可能将从远离中心轴线区域上的喷嘴开口供给的气体喷射量控制为像从接近中心轴线区域上的喷嘴开口供给的气体喷射量一样的平均水平，从而更均匀地将混有涂敷材料的气体供给至整个容器腔中。

优选地，盘形喷嘴主体具有凹曲面，从而由流化气体吹起的燃料核可再次回到喷嘴主体上方的中心区域并可容易地翻转。这时，最好的方法是将包括盘形喷嘴主体在内的反应容器底表面形成为连续的凹曲面，从而整个表面可以形成为同一凹曲面。

此外，在长期使用中，气体入口喷嘴有时会面临阻塞、破坏或其它问题。在这种情况下，根据本发明，有可能仅更换可分离地安装在反应容器底部中并仅构成容器底部中心部位一部分的喷嘴主体。为了实现气体入口管与喷嘴主体之间的连结，优选采用密封连结机构以避免所供给的混有涂敷材料的气体的泄漏。

例如，有可能这样来获得这种状态，其中气体入口喷嘴通过将筒状气体入口以突出的方式高密封性地附接在盘形喷嘴主体的外侧底部，一方面绕筒的内周面形成内螺纹部，另一方面绕气体入口管的下游侧端部的外壁形成与该内螺纹部螺纹连接在一起的外螺纹部，并且该内外螺纹部彼此螺纹连接在一起。不用说，该接头不仅限于螺纹连接而是可采用各种连结机构，并且只要该接头具有固定密封接头的可分离和可附接机构即可，而不对其作特殊限定。

此外，考虑到用于喷嘴开口的气体入口通道，还可能形成用于各气体入口通道的气体入口管，每个通道与多个喷嘴开口连通并且调节每个气体入口管的压力。例如，考虑到沿着绕反应容器底部的中心轴线彼此同心的圆形区域等角间隔设置的喷嘴开口，有可能为每个同心圆形区域形成多个气体入口通道、并为绕各同心圆形区域设置的气体入口通道形成多个气体入口管，以单独控制流经每个气体入口管的供给气体的压力和/或流速。

考虑到流经每个气体入口管的供给气体的压力和流速的控制，由于对各供给气体的压力与其流速的平衡的控制是必需的，优选安装具有导向气压和流速调节器的输入输出端子的控制器，并用记载了规定流速条件的软件来控制压力和流速。各供给气体的压力和流速可在操作期间受到监控，当压力或流速从理想范围内偏离或者在一些其它情况下偏离时采取预定动作。

气体入口管的位置可任意确定，并且根据本发明，有可能仅从在所设气体入口管中选出的特定气体入口管供给气体。此外，有可能通过采用对供给气体导入气体入口管的间歇控制来提高颗粒的流动性。例如，颗粒的流动性通过重复以下操作来提高：打开主气体入口0.5秒此后立即打开辅助气体入口0.2秒。

为了防止颗粒驻留在反应容器中的某处，也可能设置用于气体喷射的开口，旨在将其周围的颗粒吹走，该开口经由气体入口通道与气体入口管连通。

作为另一优选实施例，还可能使等角间隔分布的喷嘴开口用沿着同心圆形区域形成的凹槽彼此连接，以完整地形成套筒形圆形槽。此外，通过用防护件保护圆形槽开口的圆周，有可能形成具有与传统型结构相当耐用度的结构。这里，由于绕圆形槽开口形成的防护件需要具有热阻，优选的是用例如石墨形成该防护件。石墨防护件不像传统型喷嘴，不需要气体入口的精密工艺和精加工作业，从而具有使制造成本大大降低的优点。

根据本发明的再一优选实施例，所述气体入口通道中至少一个分为第一和第二子入口通道，每个第一子入口通道与沿第一圆形区域等角间隔定位的每个所述喷嘴开口(此后称为“第一喷嘴开口”)连通，并且所述每个第二子入口通道与沿第二圆形区域等角间隔定位的每个所述喷嘴开口(此后称为“第二喷嘴开口”)连通，所述第一圆形区域和第二圆形区域绕反应容器底部的中心轴线彼此同心，其中反应容器的内径D、第一圆形区域的直径rs、与沿第一圆形区域定位的第一喷嘴开口连通的第一子入口通道的数量Ns、每个第一子入口通道的内径ds、第二圆形区域的直径rm、与沿第二圆形区域定位的第二喷嘴开口连通的第二子入口通道的数量Nm、以及每个第二子入口通道的内径dm同时满足由以下表达式(1)至(3)规定的条件。

0.15≤rm/D≤0.22                    (1)

rs/D≤0.08                          (2)

Ns×ds²/(Ns×ds²+Nm×dm²)＜1/3  (3)

如上述表达式所示，第一喷嘴开口位于接近反应容器底部中心轴线的位置，并且第二喷嘴开口位于比第一喷嘴开口更接近内周壁的位置。然后在满足上述表达式(1)至(3)的位置，从第二喷嘴开口喷射的混有涂敷材料的气体主要使燃料核流化并形成覆层，并且从第一喷嘴开口喷射的混有涂敷材料的气体主要吹起反应容器底部中心部周围的燃料核、并将燃料核供给至第二喷嘴开口的周围。

因此，采用根据本发明的气体入口喷嘴，以同时满足由上述三个表达式规定的条件的方式，混有涂敷材料的气体从沿反应容器底部上第一与第二同心圆形区域等角间隔设置的喷嘴开口喷射出来，从而混有涂敷材料的气体向反应容器的供给与传统型单喷嘴相比完全均衡，从而不但燃料核的流化均衡而且所形成的覆层也均质化，具有良好且均匀质量的生成涂敷燃料颗粒得以获得。

当用于确定第二喷嘴开口相对于反应容器底部中心轴线的位置的第二圆形区域直径rm不满足表达式(1)、并且rm/D的值小于0.15时，第二喷嘴开口离反应容器底部中心太近，从而混有涂敷材料的气流以与传统型单喷嘴情况相同的方式向着反应容器外周壁逐渐减弱，从而很难获得均匀的燃料核流化。另一方面，当rm/D的值超过0.22，第二喷嘴开口的位置离反应容器外周壁太近，从而虽然离外周壁更近的区域中燃料核的流化是令人满意的，但反应容器中心区域中的流化却更恶化。

此外，当用于确定第一喷嘴开口相对于反应容器底部中心轴线的位置的第一圆形区域直径rs不满足表达式(2)，并且rs/D的值大于0.08时，不可能使存在于反应容器底部中心周围的燃料核良好地流化而流向外侧的第二喷嘴开口周围。

另外，当第一子入口通道的总的内横截面积大于第一和第二子入口通道的总的内横截面积的三分之一，气体的吹除在中心区域中过度增加，混有涂敷材料的气流以与传统型单喷嘴情况相同的方式向着反应容器内周区域逐渐减弱，从而很难获得均匀的燃料核流化。

上述第一和第二子入口通道的内径与喷嘴开口的位置彼此相关，并且必须同时满足上述表达式(1)至(3)，以稳定且均匀地将混有涂敷材料的气体供给至反应容器中，并保证用于制造高温气冷反应堆中涂敷燃料颗粒的装置中燃料核的均匀流化。

根据本发明的另一优选实施例，第二子入口通道设置为具有这种相对于反应容器底部中心轴线的倾斜角，使得第二子入口通道的中心轴线延长线与反应容器内壁相交点的高度不低于充入反应容器中的燃料颗粒上表面的高度。这时，有可能在一次装炉时充入反应容器的所有燃料颗粒上均匀形成覆层。相反，如果第二子入口通道到中心轴线的倾斜角使得该延长线与反应容器内壁相交点的高度低于所充燃料颗粒上表面的高度，则存在于该高度水平之上的燃料颗粒不能良好地流化、并且不可能在所有燃料颗粒上形成均匀覆层。为了均匀形成所有的覆层例如从前述第一覆层到第四覆层、直到处理的最后，上述条件必须在所有的覆层形成处理中得到满足，直到最后的涂敷处理终结。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，其壳体包括壳体主体以及前门，所述壳体主体具有位于其外周壁一部分处的开口，所述前门附接于所述壳体主体以开合壳体主体开口；加热器分为第一段加热器和第二段加热器，绝缘件分为第一段绝缘件和第二段绝缘件，第一段加热器和第一段绝缘件均附接于壳体主体，第二段加热器和第二段绝缘件附接于前门，并且壳体主体上的第一段绝缘件和前门上的第二段绝缘件被构造为在所述开口由前门闭合的状态下彼此紧密接触。

优选地，前门可铰接在壳体主体上。

此外优选的是，前门附接于壳体主体从而可上下滑动，并安装有用于开合前门的滑动操作装置。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，流化床反应容器包括一组筒状部件，以多个可分离层级的方式互连以形成单个的筒状容器结构，并且其中用于确保密封的连接装置形成在所述筒状部件之间的每个互连部处。

因此，在例如反应容器的更换、反应容器的内部清洁等维护作业情况下，有可能在将反应容器分为单个筒状部件的状态下对其进行处理，从而可操作性提高，例如当用于连续形成第一至第四覆层的一系列连续涂敷处理重复进行，并且大量涂敷燃料颗粒被制出时，每个连续涂敷处理的维护操作得到简化和促进，从而整个操作工艺的效率提高。

总体而言，反应容器的底端是用于燃料核流化的气体喷射的地方，并且也是在颗粒的流化状态重复时恶化最早出现的地方。在根据本发明的反应容器中，有可能根据恶化程度更换每个连接层级的一部分，例如仅更换包括底端的筒状部件，从而有可能与传统情况相比提高经济效益且降低浪费量。在传统情况下，即使部分恶化也要更换整个反应容器。此外，在反应容器的制造中，制造分块和小尺寸的筒状部件也比制造单个大尺寸的筒状容器更容易，并且这时有可能制造出具有更优尺寸精度的反应容器。

此外，在形成覆层期间，各筒状部件彼此连接并且形成为单个筒状主体，并采用由此构成的反应容器。这种情况下，如果反应容器的密封状态用设置在彼此连接的筒状部件之间的每个连接区域处的连接装置获得，则筒状部件之间的气体泄漏和燃料核粘结得以避免，并且用于形成覆层的热分解反应中以及装置的安全性方面不存在问题。

只要能获得整个反应容器的充分密封性能，任何机械系统都可以用作这样的连接装置。优选地，该连接装置设计为简化分离和附接操作，从而用极短的时间来完成这些操作。根据本发明的优选实施例，该连接装置包括绕每个所述筒状部件一端的外周形成的外螺纹部、以及绕每个所述筒状部件另一端的内周形成的内螺纹部，从而内螺纹部和外螺纹部在所述筒状部件之间的互连部彼此螺纹连接。

考虑到本实施例中反应容器分层级的数量，具有良好可操作性的大量层级可根据包括实际涂敷操作所必需的反应容器的尺寸和重量在内的设计进行适当选择。此外，考虑到包括每个筒状部件的高度在内的尺寸，良好操作性的尺寸可根据包括每个筒状部件的重量等在内的设计进行选择。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，所述筒状壳体包括用以将混有涂敷材料的气体送入流化床反应容器的气体入口管所存在的第一空间、加热器和绝缘件所存在的第二空间、以及用于使所述第一空间和第二空间彼此绝缘的装置。

因此，同样在连续涂敷处理的情况下，显著影响覆层特性的反应堆中的温度分布不变并且可稳定化，从而能够获得适合于连续涂敷处理的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置。

更具体而言，这一实施例涉及用于制造HTGRs的燃料的涂敷燃料颗粒的装置的改进，特别涉及用于涂敷由例如二氧化铀的铀化合物制成的燃料核的流化床反应装置的改进，其中用从由低密度碳层组成的第一覆层到由高密度热解碳层组成的第四覆层的前述覆层来涂敷该燃料核。

在本实施例中，流化床反应装置中用以将混有涂敷材料的气体送入反应容器中的气体入口管所在的第一空间、以及流化床反应装置中加热器和绝缘件所存在的第二空间彼此绝缘。因此，避免从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏的混有涂敷材料的气体流向加热器和绝缘部件，所以，有可能防止身为加热器和绝缘件典型材料的石墨与氢起反应从而防止石墨受到磨损和破坏。

由于加热器与绝缘件的磨损和破坏得以避免，即使在连续涂敷操作的情况下，反应堆中的温度分布也不变且稳定化。因此，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制高温气冷反应堆的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

考虑到根据本发明的前述两个空间之间的绝缘，只要装置可以防止通向反应容器的气体入口管所在的第一空间中的泄漏气体不会流入壳体主体中加热器和绝缘件所在的第二空间中去，任何装置均可采用。优选地，绝缘件包括围绕气体入口管外周的筒状防漏件，其下端固定于壳体主体的底部、而上端具有在气体入口喷嘴外周连接于反应容器底部的螺纹部。

更优选地，筒状防漏件的外周还可用石墨制绝缘件覆盖，从而第一和第二空间能更可靠地彼此绝缘。此外，能够防止通常由金属制成的气体入口管被熔化。

在另一优选实施例中，绝缘装置包括在气体入口喷嘴外周处安装在反应容器底部上并且向下延伸以围绕气体入口管外周的筒状防漏件，并且该筒状防漏件的下端固定于壳体主体的底部以防止第一空间中泄漏的气体流入第二空间。另外，绝缘装置可包括在气体入口喷嘴外周与反应容器底部一体形成并且向下延伸以围绕气体入口管外周的筒状防漏件，该筒状防漏件的下部具有连接于壳体主体底部的螺纹部，从而从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出的混有涂敷材料的气体可避免从第一空间流向加热器和绝缘件所在的第二空间。

随着上述绝缘装置的采用，即使在施加前述第三覆层或SiC覆层时扮演流化气体角色的氢气从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙漏向第一空间，这一泄漏存在于被反应容器底部与壳体主体底部之间的筒状防漏件围绕的第一空间中，而第二空间、即第一空间的外部不受该泄漏的影响。因此，在第二空间中，有可能防止身为加热器和绝缘件材料的石墨与氢起反应，从而防止石墨受到磨损和破坏。由于加热器和绝缘件的磨损和破坏得到避免，即使在连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布也不变并且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置还包括；惰性气体入口管，用于将惰性气体导入筒状壳体内的流化床反应容器外部区域中；以及控制装置，用于将所述区域中的所述惰性气体的供给压力控制为大于等于流化床反应容器内部压力的压力值。

因此，即使在连续涂敷处理的情况下，也有可能使反应堆中的温度分布稳定化，并且还使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。即，本实施例通过用例如氩气或氮气的惰性气体对筒状壳体内流化床反应容器外部区域加压、并将该区域中的压力增大到等于或高于反应容器中的压力，使得防止混有涂敷材料的气体从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出来成为可能，并且使得防止身为加热器和绝缘件的典型材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏成为可能。

此外，由于加热器和绝缘件的磨损和破坏得以避免，即使在燃料颗粒连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布也不变且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

作为根据本发明的导入筒状壳体内的流化床反应容器外部区域中去的惰性气体，优选的是采用几乎不与反应容器的构成材料起反应的气体，例如氮气，或者例如氩气、氖气、氦气等的稀有气体。优选地，还用作流化气体的氩气优选用作该惰性气体。

考虑到本实施例中的控制装置，如果惰性气体的压力控制为高于流化床反应容器内部压力的压力，则反应容器中的气体几乎不泄漏到其外部。然而这种情况下，如果导入筒状壳体内流化床反应容器外部区域中去的惰性气体的压力高于容器内部压力过多，则会担心惰性气体反向导入反应容器并导致混有涂敷材料的气体所含的涂敷气体与流化气体(夹带着该惰性气体的)的比例变化。为了应对这一点，优选地是将惰性气体的供给压力控制到至少等于或稍微高于流化床反应容器内部压力的压力。

考虑到燃料核上的多层覆层，在形成每个覆层的情况下，依赖于每个覆层的性质，涂敷气体和流化气体的供给流速彼此不同，因此反应容器中的压力也相应于要形成的每个覆层变化。出于此原因，在优选的实施例中，控制装置适合于根据要形成的覆层相应类别，控制要导入筒状壳体内流化床反应容器外部区域中的惰性气体的压力值。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置，还包括：清扫气体供给管，用于将清扫气体供给到筒状壳体内的流化床反应容器外部空间中，从而将从反应容器泄漏出的混有涂敷材料的气体清除到筒状壳体外部；以及设置在流化床反应容器与绝缘件之间的圆周内部流动通道，它具有绕其圆周的宽度均匀的间隙用以无滞留地使清扫气体流动。

本实施例中，即使在连续涂敷处理的情况下，也有可能使反应堆中的温度分布稳定化，从而使覆层质量稳定化，并且避免清扫气流滞留或偏离，从而防止加热器和绝缘件局部恶化。

更具体而言，本实施例还涉及用于制造HTGRs的燃料的涂敷燃料颗粒的装置的改进，尤其涉及用于涂敷由例如二氧化铀的铀化合物制成的燃料核的流化床反应装置的改进，用前述从由低密度碳层组成的第一覆层到由高密度热解碳层组成的第四覆层的覆层进行该涂敷。

根据本实施例的特殊特征，清扫气体在壳体内反应容器外部区域中被引导流动，使得从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出的混有涂敷材料的气体被清除到壳体外面。即使在SiC层或前述第三覆层形成处理中作为流化气体的氢气从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏，该泄漏气体也被清扫气体清除到壳体外面，从而有可能防止身为加热器和绝缘件构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。

由于加热器和绝缘件的磨损和破坏得以避免，即使在连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布也不变且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制高温气冷反应堆的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

在传统型流化床中，垂直壳体具有用于在其侧壁的局部区域上进行维护的平板门，其结果是壳体在水平横截面内的形状不是圆形的。因此，已经存在问题，即在壳体内反应容器外部区域中，清扫气流的圆周部分的流速在沿门的内表面延伸的区域与沿壳体主体内周壁延伸的区域之间发生变化，这是因为在沿门的内表面延伸的区域中、气流通道较窄并且气流的流动阻力高于沿壳体主体内周壁延伸的区域中的那些，因而气流在沿壳体主体内周壁延伸的区域中不均衡地增加，从而设置在门后的加热器与绝缘件的相应部分选择性地恶化。为了应付这些问题，在根据本发明的优选实施例中，该装置进一步包括设置在绝缘件与筒状壳体之间的外部气流通道，它具有绕其圆周的均匀宽度的间隙从而无滞留地使清扫气体流动。

在这种情况下，即使在第三覆层形成时扮演流化气体角色的氢气从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出来，也有可能使得所述清扫气体在筒状壳体内圆周周围平稳流动。因此有可能防止身为加热器与绝缘件的典型材料的石墨局部与氢起反应，从而防止石墨受到局部磨损和破坏。由于加热器与绝缘件的磨损与破坏得以避免，即使在连续涂敷处理的情况下，反应器中的温度分布也不变且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。考虑到外部气流通道和/或内部气流通道，只要该通道形成在筒状壳体内圆周周围且具有均匀宽度间隙而使得清扫气体无滞留地在通道中平稳流动，任何通道形状都是可接受的。在优选实施例中，反应容器、绝缘件以及壳体分别形成为不同直径的筒状，并且彼此同心设置以形成它们之间各自的环形通道。

在本发明的一个实施例中，构成筒状壳体外周壁一部分的门出于维护简易性目的而设置在壳体主体上。即，门设置在筒状壳体的周壁上以获得例如反应容器或喷嘴主体的附接与分离、壳体或反应容器内部的清洁等维护的简易性，门的形状构造为壳体周壁的一部分，从而有可能使清扫气体在筒状壳体内绕圆周方向平稳流动。其结果是，有可能防止身为加热器与绝缘体材料的石墨局部与氢起反应而受到局部磨损和破坏。

用在根据本发明的装置中的清扫气体扮演把从流化床反应容器泄漏出的混有涂敷材料的气体清除和清扫至壳体外部的角色，并且无需与壳体内的任何构成金属/石墨部件在高温下起反应。清扫气体例如可以是诸如氮气、氩气等的惰性气体。

在本实施例中，清扫气体供给管扮演将清扫气体供给至筒状壳体内流化床反应容器外部空间中去的角色，从而把从反应容器泄漏出来的混有涂敷材料的气体清除到筒状壳体外面。因此，优选的是，供给管将清扫气体从壳体底部向上供给至反应容器外周部，该壳体相应地在反应容器上方的上部区域具有清扫气体排出口。

从清扫气体供给管供给的清扫气体可经由专门设为清扫气体排放用的排出口排放到外面。然而如果惰性气体用作清扫气体，由于清扫气体在高温下不会与构成金属/石墨部件起反应，因而即使清扫气体混合在来自容器的涂敷气体和/或流化气体中也没有问题。因此优选地，在壳体内反应容器外部空间中流动的清扫气体，可经由通常实现混有涂敷材料的气体从反应容器到壳体外面的排放的排出口而从该空间排放出来，从而附加排出口的安装需要得以消除。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置还包括用于将从流化床反应容器泄漏出来的混有涂敷材料的气体排放到壳体外面的抽吸泵。

因此，即使重复多次处理，显著影响形成覆层性能的反应容器中涂敷温度的分布也不变并且保持均匀，并且有可能提供用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置，该装置适合于连续涂敷处理。

更具体而言，本实施例还涉及用于制造HTGRs的燃料中涂敷燃料颗粒的装置的改进，尤其涉及用于涂敷由例如二氧化铀的铀化合物制成的燃料核的流化床反应装置的改进，用前述从由低密度碳层组成的第一覆层到由高密度热解碳层组成的第四覆层的覆层进行涂敷。

在本实施例中，壳体内反应容器外部空间中的压力由抽吸泵降低，从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出的混有涂敷材料的气体被抽吸且排放到收容有加热器和绝缘件的壳体外面。从而，即使在前述第三覆层或SiC层形成处理期间、用作流化气体的氢气从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙泄漏出来，泄漏气体也会用抽吸泵或真空泵排出到壳体外面，从而有可能防止身为加热器与绝缘体的典型材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。

由于加热器与绝缘件的磨损和破坏得以避免，即使在连续涂敷处理的情况下，反应容器中的温度也分布不变且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

考虑到用在本实施例中的抽吸泵，只要该泵能够将从流化床反应容器泄漏出的混有涂敷材料的气体排放到壳体外面，任何类型的抽吸泵均可采用。优选地，例如旋转泵、机械增压泵等的低真空泵用作所述抽吸泵。此外，在每个前述第一、第二和第四覆层的形成处理中，采用可燃涂敷气体，从而优选采用具有防爆特性的抽吸泵。

根据本实施例的抽吸泵的另一优选设计包括连通壳体的至少内部与抽吸泵的抽吸口的抽吸管。对于这种抽吸管，只要该管穿过壳体壁并抽吸其中的气体，任何管均可采用。优选地，该抽吸管可具有位于混有涂敷材料的气体容易泄漏的气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙周围或上方的抽吸开口，从而泄漏气体可良好地抽吸到该抽吸开口中。

抽吸泵可在形成前述第一至第四覆层的所有处理中进行操作。然而，在形成第三覆层或SiC层的处理中，氢气与石墨之间的反应会导致显著的问题，因而优选在形成SiC层的处理中特殊操作该抽吸泵。

当该抽吸泵进行操作时，壳体内压降低到气体入口喷嘴与反应容器内压之下。如果壳体内压过度降低，将导致混有涂敷材料的气体从气体入口喷嘴与反应容器之间的间隙大量泄漏。因此，优选在抽吸泵进行操作的同时将惰性气体从惰性气体供给瓶供给到壳体内部，从而清除伴有惰性气体的泄漏气体。优选地，惰性气体供给到抽吸管的抽吸开口另一侧上与气体入口喷嘴与反应容器之间间隙相对的位置，从而泄漏气体由惰性气体更有效地清除。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，气体供给系统包括用于在形成碳化硅层时生成要供给到反应容器中去的混有涂敷材料的气体的蒸发池，以及用于恒温控制蒸发池工作温度的温度调节装置。

这种情况下，碳化硅层可稳定形成，同时形成为前述第三覆层的碳化硅层的厚度和密度不受影响。

考虑到温度调节装置，只要该装置在碳化硅层形成期间将盛有碳化硅化合物(多数为甲基三氯硅烷)的蒸发池的工作温度恒温控制为预定温度，任何物理装置均可采用，该化合物用作与流化气体(例如H₂载气)混合然后供给到流化床反应容器中去的碳化硅源。具体而言，只要该装置能够恒温控制混有涂敷材料的气体(H₂与甲基三氯硅烷的混合气)的温度，任何物理装置均可采用。在生成混有涂敷材料的气体时对其温度的具体调节中，优选能够将液相甲基三氯硅烷的温度在20℃到50℃温度范围内恒温控制到1℃的精度。更具体而言，温度调节装置可用于将温度在20℃到50℃的温度范围内控制到正/负1℃的精度。此外，气体供给系统的气体供给管线中混有涂敷材料的气体温度并不特别严格，只要该温度维持在含甲基三氯硅烷的气体不会液化的温度即可。

因此，优选的具体实施例包括温度调节装置，能够将用于生成混有涂敷材料的气体的蒸发池中工作温度在20℃到50℃的温度范围内恒温控制到正/负1℃的精度。这种情况下，有可能保持生成甲基三氯硅烷蒸发气体量的稳定，并从而获得稳定的碳化硅层，同时其厚度和密度不受影响。

根据本发明的另一优选实施例，包括上述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，气体供给系统包括用于生成要供给至反应容器中去的混有涂敷材料的气体的蒸发池、构成气体供给管线以将所述混有涂敷材料的气体从蒸发池供给到流化床反应容器的管线、以及用于在碳化硅层形成时将管线温度保持在预定温度之上的温度保持装置。

这种情况下，碳化硅层可稳定形成，同时形成为第三覆层的碳化硅层的厚度和密度不受影响。

温度保持装置优选用于将构成从蒸发池延伸到流化床反应容器的气体供给管线的管线表面温度控制为40℃或更高。这种情况下，有可能防止含甲基三氯硅烷的气体在管线中流化，从而获得作为前述第三覆层的稳定碳化硅层，同时其厚度和密度不受影响。

温度保持装置可包括用于将从蒸发池延伸到流化床反应容器的管线表面温度控制为40℃或更高的温度控制装置。该温度保持装置还可包括用于使管线与环境温度绝缘的绝热盖。

在优选实施例中，气体供给系统还包括导向废气处理设备的废气排出管线，以去除管线中残留的混有涂敷材料的气体，该废气排出管线设置为从用于生成含甲基三氯硅烷的气体的蒸发池延伸到流化床反应容器的气体供给管线中的旁路。

根据本发明，由烧结二氧化铀生产的燃料核用于形成HTGRs的燃料颗粒，此后每个核用四层结构涂敷。通常，燃料核的直径范围是从0.4到0.7毫米，其球度是1.2或更小，充入流化床反应容器的燃料核一次炉量是5.5公斤或更少。

根据本发明的另一优选实施例，包括前述气体入口喷嘴的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的特征在于，气体供给系统包括蒸发池、容器管线以及甲基三氯硅烷供给管，该蒸发池用于生成混有涂敷材料的气体，所述气体包含作为用于形成燃料核表面上的碳化硅层的涂敷材料的甲基三氯硅烷，该容器管线用于将所述混有涂敷材料的气体经由气体入口管导入流化床反应容器，该甲基三氯硅烷供给管用于将含甲基三氯硅烷的所述混有涂敷材料的气体从所述蒸发池供给至所述容器管线，所述蒸发池具有位于气体入口管上方位置的气体出口，且该甲基三氯硅烷供给管至少在其从所述蒸发池气体出口到与容器管线合流部之间的范围内向下放置。

通常，甲基三氯硅烷是液体材料。因此，含在蒸发池中的液体甲基三氯硅烷受到作为载气且作为流化气体的至少一部分的喷射氢气的吹泡，此后甲基三氯硅烷蒸气被圈闭在液体中上升的泡沫中，该蒸气被收集为涂敷气体并且从蒸发池气体出口经由甲基三氯硅烷供给管送往容器管线。因此混有涂敷材料的气体从容器管线经由气体入口管供给至反应容器中。

在现有实施例中，蒸发池的气体出口位于容器管线的气体入口管上方的位置，并且甲基三氯硅烷供给管至少在从蒸发池气体出口到其与容器管线连通的合流部之间范围内向下放置。其结果是，在甲基三氯硅烷的堆积迄今最容易发生的甲基三氯硅烷供给管中，趋向于被重力沉淀的甲基三氯硅烷并非是向上而仅是随重力向下朝向容器管线地被无中断地平稳传送，从而作为混有涂敷材料的气体的含甲基三氯硅烷的气体向反应容器的供给比以前更加稳定化。

在特定优选实施例中，甲基三氯硅烷供给管放置为在近乎垂直方向延伸。即，蒸发池例如放置在紧靠与容器管线连通的合流部上方以在近乎垂直的方向延伸，从而使将含甲基三氯硅烷的气体最有效地供给到容器管线成为可能。

在另一优选实施例中，甲基三氯硅烷供给管与容器管线之间的合流部包括与用于供给氢气的氢气管连通以流化反应容器中的燃料核的收集管，该收集管放在低于蒸发池气体出口并高于气体入口管的位置处。

这种情况下，甲基三氯硅烷供给管与容器管线连通所在的合流部包括与用于供给高流速的作为流化气体的氢气的氢气管连通以流化反应容器中的燃料核的气体收集管，从而从收集管供给到容器管线中的混有涂敷材料的气体被具有高流速的氢气流良好地导入气体入口管，该氢气流在合流部与从蒸发池经由甲基三氯硅烷供给管供给的含甲基三氯硅烷的气体合流。因此，甲基三氯硅烷的堆积很少，并且在容器管线从合流部到气体入口管之间的范围内不会导致问题。

但是，为了更平稳地供给含甲基三氯硅烷的气体、并实现包含甲基三氯硅烷的混有涂敷材料的气体向反应容器的更稳定供给，希望将容器管线放置为使得在从合流部的收集管到气体入口管的气体入口的范围内、其内部的气流仅出现下降流。在这种情况下，收集管放在低于蒸发池气体出口且高于气体入口管的位置。

根据本发明，作为与具有单个喷嘴的传统型装置相比的第一有益效果，供给到反应容器中的混有涂敷材料的气体其整体均匀，不但燃料核的流化、而且形成在燃料核表面上的覆层都得以均匀化，并且所获得的涂敷燃料颗粒均质化并且具有高质量。特别在形成作为前述第三覆层的SiC层情况下，在SiC层形成时生成的SiC沉淀分散在气体入口通道的多个喷嘴开口，从而喷嘴开口处的沉淀不会增多到堵塞开口。因此，即使当该装置规模扩大，也有可能避免阻碍混有涂敷材料的气体的供给的危险，从而可以形成迄今为止难于通过长时间的涂敷反应而具有大厚度的SiC层。

作为除第一效果之外的第二有益效果，该装置可通过打开前门而容易地进入，并且这使得它在包括诸如附接和分离的反应容器的更换、筒状壳体内部的清洁等维护的可操作性方面表现优秀，并且提高整个制造工艺的效率。此外，有可能将流化床反应容器分离为一组筒状部件，这些部件以可分离层级形式互连形成单个的筒状容器结构，并且在分离筒状部件的状态下执行包括反应容器的更换、反应容器内部的清洁等在内的维护。其结果是，即使当装置规模扩大时操作也非常便利并且其操作性提高。

此外，作为除第一效果之外的第三有益效果，即使在连续涂敷处理的情况下，也有可能防止装置的绝热性能恶化，并且使显著影响相应覆层性能的反应容器中的温度分布不变而实现稳定化。其结果是，有可能获得即使在装置规模扩大的情况下也适于连续涂敷处理的制造装置。

此外，作为除第一效果之外的第四有益效果，具有比氢气载气更重的比重并且在重力作用下很可能沉淀的甲基三氯硅烷气体，沿不对抗重力的方向被平稳地供向容器管线，从而有可能将用于形成碳化硅层的混有涂敷材料的气体、即第三涂敷气体，稳定地供给至反应容器。其结果是，即使装置规模扩大，也有可能获得稳定的碳化硅层、同时该层的厚度和密度不受影响。

附图说明

图1a和1b图解显示了根据本发明一个实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的气体入口喷嘴，其中图1a是平面视图而图1b是剖面侧视图。

图2图解显示了根据本实施例的气体入口喷嘴附接于其上的制造装置的结构示例。

图3图解显示了根据本实施例的气体入口喷嘴附接于其上的制造装置的结构的另一示例。

图4a和4b图解显示了安装有根据本发明一个实施例的气体入口喷嘴的反应容器的结构示例，其中图4a是反应容器底部的平面视图，该底部由盘形喷嘴主体形成，图4b是反应容器底部的剖面侧视图。

图5显示了根据本发明优选实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的前视图。

图6显示了图5所示制造装置的前视图，其中前门打开。

图7图解显示了图5所示装置的反应容器的剖面平面视图。

图8显示了根据本发明另一实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的前视图。

图9显示了图8所示制造装置的前视图，其中前门打开。

图10a和10b显示了根据本发明一个实施例的反应容器的结构示例，其中图10a是多个筒状部件分离的剖面侧视图，图10b是各筒状部件连接为单个筒状容器结构的剖面侧视图。

图11显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的一个实施例的结构示例。

图12显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的另一实施例的结构示例。

图13显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的又一实施例的结构示例。

图14a和14b显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的又一实施例的结构示例，其中图14a是剖面前视图而图14b是其剖面平面视图。

图15显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的又一实施例的结构示例。

图16显示了根据本发明一个实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的气体供给系统的示意图。

图17图解显示了构成从蒸发池延伸到流化床反应容器内部的气体供给管线的管道结构。

图18显示了在根据本发明实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置中用于供给身为SiC覆层材料的甲基三氯硅烷的气体供给管线的示意结构。

具体实施方式

(A)用于流化床反应容器的喷嘴：

图1a和1b图解显示了用在根据本发明一个实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置中的气体入口喷嘴。图1a显示了从上观察所得的气体入口喷嘴的图解平面视图，图1b是图1a所示气体入口喷嘴的图解剖面侧视图。图2显示了气体入口喷嘴附接于其上的用于制造HTGR的涂敷燃料颗粒的装置的一个示例的图解结构。在本实施例中，气体入口喷嘴1可分离地附接于用于制造HTGR的涂敷燃料颗粒的装置10的流化床反应容器11的底部12。如图2所示，气体入口喷嘴1安装到反应容器11的底部12中以构造容器底部的中心部分。

气体入口喷嘴1主要包括圆盘形喷嘴主体2、和设置在其背侧上并与从气体供给系统延伸的气体入口管15的一端连通的筒状气体入口3，该气体供给系统安装在装置之外且未在图中示出。盘形喷嘴主体2安装在容器底部12中，从而其中心轴线A与筒状流化床反应容器11的中心轴线重合。喷嘴主体2具有凹曲面，当它被适当地安装在容器底部中时，它从容器底部表面连续。因此，包括盘形喷嘴主体2的表面在内的反应容器11的整个底面形成连续的碗形凹曲面。

在此，在本实施例中，气体入口喷嘴1安装于容器底部12并且具有用于连接连接管13端部的筒状气体入口3，该连接管13连接于从设置在装置10外部的气源延伸来的气体入口管15。对于气体入口3与连接管13之间的连接机构，例如有可能一方面在连接管13的容器一侧的端部外周上形成外螺纹部14，另一方面在气体入口3的筒状内周面上形成与连接管13的外螺纹部14螺纹连接在一起的内螺纹部6，从而通过将内外螺纹部螺纹连接在一起来实现密封牢固的连接。

在这种情况下，气体入口喷嘴1可仅通过释放两螺纹部的螺纹连接而容易地从容器底部12分离，从而有可能在气体入口喷嘴1堵塞或破损及破坏的情况下以简单容易的方式仅仅更换喷嘴1。

在喷嘴主体中，气体入口通道分为多个穿过盘形喷嘴主体2的子入口通道4a、4b和4c。如图1所示，这些子入口通道形成为使得它们从筒状气体入口3的中心轴线朝外圆周径向分支，以形成多个位于容器底部表面上的预定分散位置的喷嘴开口。那些喷嘴开口设置在喷嘴主体上，位于与中心轴线A同轴对齐的中心位置和沿多个绕反应容器底部中心轴线A彼此同心的圆形区域设置的位置。

在本实施例中，分支的子入口通道设计成：使一个喷嘴开口5a定位在中心轴线A上，四个分别具有相同形状和尺寸的喷嘴开口5b定位在内侧第一圆形区域B上，四个分别具有相同形状和尺寸的喷嘴开口5c定位在外侧第二圆形区域C上，这些开口分别沿每个圆形区域等距间隔。分支的子入口通道构造为将喷嘴开口5a、5b及5c均匀分散在构成反应容器底部中心区域的盘形喷嘴主体2的表面上。

此外，喷嘴开口构造为使得外侧喷嘴开口的面积大于内侧喷嘴开口的。从而，虽然喷射的混有涂敷材料的气体的供给喷射速度通常随着从筒状气体入口管的中心轴线A的位置到反应容器中内周区域的距离而减小，但是，在根据本实施例的气体入口喷嘴1的情况下，喷嘴开口如此设计，使得位于同一同心圆形区域上的位置处的喷嘴开口具有相同的开口面积，而位于内周区域上的喷嘴开口比位于离中心轴线A更近的区域上的喷嘴开口具有更大的开口面积，从而有可能将从内周区域上的喷嘴开口供给来的喷射气体量控制到与从中心轴线A上的喷嘴开口5a供给来的喷射气体量相同的水平，从而更均匀地将混有涂敷材料的气体供给到反应容器11的整个内腔中。

在采用具有上述结构的气体入口喷嘴1的实践中，气体入口喷嘴1包括外径100毫米且厚度30毫米的盘形喷嘴主体2，其中9个子入口通道4a、4b和4c从内径26毫米、外径40毫米、高度15毫米的筒状气体入口3分支出来，在中心轴线A的位置形成内径3毫米的喷嘴开口5a、在直径12毫米的第一圆形区域B上形成内径3毫米的四个喷嘴开口5b、以及在直径40毫米的第二圆形区域C上形成内径4毫米的四个喷嘴开口5c。喷嘴主体2如图2所示附接于反应容器11，并且用于在二氧化铀燃料核上形成覆层的反应以下列方式执行。

首先，平均粒径0.6毫米的大约3.8千克的二氧化铀燃料核充入反应容器11，由低密度碳层组成的第一覆层通过经由气体入口喷嘴1在大约1400℃的容器内温度将乙炔气供给至容器中而形成，此后由高密度热解碳层组成的第二覆层通过在大约1400℃供给丙烯而形成。继而，由SiC层组成的第三覆层通过在大约1600℃供给甲基三氯硅烷而形成，最后由高密度热解碳层组成的第四覆层通过在大约1400℃供给丙烯而形成。

所得四层燃料颗粒的平均粒径是0.93毫米，覆层的厚度对第一覆层而言是0.06毫米、对第二覆层而言是0.03毫米、对第三覆层而言是0.03毫米、对第四覆层而言是0.045毫米，并且非常均匀。此外，虽然在用传统型气体入口喷嘴形成0.025毫米厚度的第三覆层时，SiC沉淀在喷嘴开口处增长到大约10毫米的宽度并且几乎堵塞喷嘴开口，而采用根据本实施例的气体入口喷嘴1，即使在0.03厚度的第三覆层如上所述形成时，气体入口喷嘴1的气体入口通道的喷嘴开口5a至5c处的沉淀尺寸也被抑制到最多约2毫米的宽度，喷嘴开口不会堵塞，并且第四覆层的形成反应不受阻碍。

在上述实践中，全部九个子入口通道4a、4b和4c形成使得它们的喷嘴开口5a、5b和5c位于中心轴线A上的位置以及两个分级圆形区域中每一个上的各四个位置。然而，根据本发明的气体入口喷嘴不仅限于这种情况，子入口通道的数量和喷嘴开口的位置可根据实际反应容器的尺寸和气体供给量而为每个气体入口喷嘴做出适当选择。例如，喷嘴开口可形成在三个或更多级的圆形区域上，并且该子入口通道可在每个圆形区域上具有四个或更多喷嘴开口。

图3显示了一个示例，其中气体入口管25a、25b及25c分别为气体入口通道34a、34b及34c形成，并且每个气体入口管用于独立调节其中的供给气体压力。气体入口喷嘴31安装于构成用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置20的流化床的反应容器21的底部22，采用的方式是当其安装时，使喷嘴31构成容器底部中心区域的一部分。

以与图1所示相同的方式，气体入口喷嘴31具有圆盘形喷嘴主体32、以及设置在其背侧上并与从设置在装置外部的气体供给系统延伸出来的气体入口管25的端部连通的筒状气体入口33。盘形喷嘴主体32安装至容器底部22中，从而其中心轴线A与筒状流化床反应容器21的中心轴线重合。喷嘴主体32具有凹曲面，当它安装至容器底部中时，与容器底面形成连续的凹曲面。

在此，在本实施例中，气体入口喷嘴31也安装于容器底部22并且具有用于连接连接管23端部的筒状气体入口33，该连接管23连接于从设置在装置20外部的气源延伸来的气体入口管25。作为气体入口33与连接管23之间的连接机构，以与图1所示相同的方式，有可能一方面在连接管23的容器一侧的端部外周上形成外螺纹部24，另一方面在气体入口33的筒状内周面上形成与连接管23的外螺纹部24螺纹连接在一起的内螺纹部36，从而通过将内外螺纹部螺纹连接在一起来实现密封牢固的连接。

在这种情况下，气体入口喷嘴31可仅通过松开内外螺纹部的螺纹连接而容易地从容器底部22分离，因此有可能在气体入口喷嘴31堵塞或磨损及破坏的情况下简便地仅仅更换喷嘴31。

在盘形喷嘴主体32中，喷嘴开口35a、35b和35c以及分别与喷嘴开口连通的气体入口通道34a、34b和34c，以与图1所示前述实施例相同的方式形成。气体入口管25是三层管，主供给气体经由压力/流速调节器26a导入设置在喷嘴主体中心轴线A上的第一气体入口管25a。第二气体入口管25b绕第一气体入口管25a形成，并且辅助供给气体b经由另一压力/流速调节器26b引导。第三气体入口管25c绕第二气体入口管25b形成，并且另一辅助供给气体c从又一压力/流速调节器26c引导。

在气体入口通道34a、34b及34c的气体入口管25的一侧上，每个气体入口通道与三层管的第一、第二、第三气体入口管连通。即，第一气体入口管25a与气体入口通道34a连通，第二气体入口管25b与气体入口通道34b连通，第三气体入口管25c与气体入口通道34c连通。从气体入口管供给来的各供给气体的压力和流速由控制器30通过每个相关压力/流速调节器26a、26b及26c进行控制。

考虑到各供给气体的气压和流速，需要各供给气体之间的平衡状态，因此优选用控制器30通过自动控制来控制每个压力/流速调节器26a、26b及26c。即，控制器30预先规定了对各供给气体压力和流速的控制条件，在实际操作中监控各供给气体的压力和流速，当规定条件偏离时执行预定的调节操作。

例如，辅助气体流速预先设定为20升/分钟作为初始流速，当实际操作中流速突然降到10升/分钟时，辅助气流的流速设定值临时增加到40升/分钟，对于其它气体入口通道，流速的设定值临时降低至大约10至20升/分钟，从而有可能将压力集中在接近堵塞的喷嘴开口上以解决此问题。

此外，为了提高充入反应容器中的颗粒的流动性，例如对重复喷射主供给气体0.5秒、此后立即喷射辅助供给气体0.2秒的操作的控制，可优选设定在控制器30上。

沿喷嘴主体32的顶面上最外侧圆形区域C定位的喷嘴开口35c，在沿圆形区域C形成的圆形槽中开口，以使喷嘴31的顶面上这一圆形区域上的相邻气体入口通道34c彼此连接。喷嘴主体的芯部可形成有密封安装在喷嘴主体的周围部中的石墨防护块，在这种情况下，气体入口通道和喷嘴开口以及圆形槽可形成在具有精密结构的石墨防护块中，该精密结构作为气体喷嘴芯部具有充足的耐用性。石墨防护块不像传统型喷嘴主体，不需要气体入口通道的精细加工和精加工，因此它还具有制造成本显著降低的优点。

在本实施例中，中心轴线A上的喷嘴开口35a用作主喷嘴开口，最外侧圆形区域C上的圆形槽中的喷嘴开口和位于圆形槽内侧上的圆形区域B上的喷嘴开口用作辅助喷嘴开口。在圆形槽功能良好的情况下，在正常状态下内侧圆形区域B上的辅助喷嘴开口槽可被省略或者来自这里的气体供给可以停止。此外，中心轴线A上的主喷嘴开口可构造为使得多个喷嘴开口依照反应容器的尺寸大小设置在中心轴线A附近。

在采用具有满足前述表达式(1)至(3)的气体入口喷嘴的流化床反应容器的另一实践中，一炉量的燃料核如下所述用从前述第一至第四覆层的四层结构涂敷。现在，图4a和4b图解显示了具有根据本实施例的气体入口喷嘴的反应容器的局部结构，其中图4a是反应容器底部的平面视图，该底部由盘形喷嘴主体形成，并且图4b是反应容器49的底部的剖面侧视图。

在本实施例中，气体入口喷嘴41包括圆盘形喷嘴主体42、和形成在该喷嘴主体背侧上并与装置外部的气体供给系统(未在图中示出)连通的气体入口43。该盘形喷嘴主体42固定于容器46的底部，从而其中心轴线X与反应容器49同轴设置，故而形成反应容器49的底部主要部分。

在盘形喷嘴主体42中形成穿过喷嘴主体的多个气体入口通道44a和45a，并且它们从气体入口43向着容器的内周壁径向分支。气体入口通道具有它们在容器底面上的相应喷嘴开口，后者位于分别沿第一圆形区域A和第二圆形区域B定位的位置。第一圆形区域A上的喷嘴开口44b和第二圆形区域B上的喷嘴开口45b分别沿圆形区域等间距定位，并且同一圆形区域上的喷嘴开口具有相同的开口面积并且与具有相同截面积的气体入口通道连通，该截面积与相应喷嘴开口的相同喷嘴面积相符。

在本实施例中，装置的实际尺寸选择为，更接近中心轴线X的第一圆形区域A的直径rs为12毫米，第一入口通道44a的直径ds为3毫米，第一喷嘴开口44b的数量Ns为4，更接近外周部的第二圆形区域B的直径rm为40毫米，第二入口通道45a的直径dm为5毫米，第二喷嘴开口45b的数量Nm为4，反应容器49的内径D为200毫米。

在这种情况下，rm/D的值是0.200，满足表达式(1)0.15≤rm/D≤0.22；rs/D的值是0.06，满足表达式(2)rs/D≤0.08；Ns×ds²/(Ns×ds²+Nm×dm²)的值是0.265，满足表达式(3)Ns×ds²/(Ns×ds²+Nm×dm²)＜1/3。因此由表达式(1)至(3)规定的条件都得到满足。

此外，在本实施例中，第二入口通道45a相对于中心轴线X的角度“α”设为30度，当其相应于一次装炉量的量被充入反应容器49中时充入的燃料核47的上表面高度H1设为大约80毫米，第二入口通道45a每根轴线的中心轴线延长线Y与反应容器内壁46相交的点的高度H2设为100毫米。那些设定值满足“第二入口通道中心轴线的延长线与反应容器内壁的交点高度H2不低于充入反应容器中的燃料核上表面的高度H1”这样的规定条件，并且该条件在用所有这四层来涂敷燃料核的处理中同样得到满足。

在如上所述构造的反应容器中，一次装炉量3.8千克的平均粒径0.6毫米的二氧化铀燃料核经历在其上形成第一至第四覆层的处理，制造出目标外径0.92毫米的涂敷燃料颗粒。

首先，将对应一次装炉量的量的燃料核47充入反应容器49，并且由低密度碳层组成的第一覆层通过经由喷嘴41在大约1400℃的容器内温度下将乙炔气供给至反应容器49中来形成，此后由高密度热解碳层组成的第二覆层通过在大约1400℃下供给丙烯来形成。继而，由SiC层组成的第三覆层通过在大约1600℃下供给甲基三氯硅烷来形成，最后由高密度热解碳层组成的第四覆层通过在大约1400℃下供给丙烯来形成。

所得四层燃料颗粒的平均粒径是0.93毫米，并且覆层的厚度在第一覆层中是0.06毫米、在第二覆层中是0.03毫米、在第三覆层中是0.03毫米，在第四覆层中是0.045毫米，因此所有的第一至第四覆层形成非常均匀的厚度。这时因为通过设计第一入口通道44a、喷嘴开口44b、第二入口通道45a以及喷嘴开口45b使其满足本实施例喷嘴41中的前述表达式(1)至(3)，混有涂敷材料的气体能够稳定且均匀地供给到反应容器49中。

(B)气密壳体门(维护性的提高)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，反应容器建立所在的气密壳体的优选结构现在将进行详细描述。图5至7显示了根据本发明的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置50的实施例。装置50包括用于使燃料核与反应气体起反应以在燃料核表面上形成覆层的反应容器、以及气密壳体(外壳)58。容器52、多个棒状加热器54以及筒形绝缘件56，以加热器围绕反应容器52的外周部且绝缘件又围绕加热器外周部的方式，设置在该气密壳体58中。

气密壳体58包括其周壁被切除一部分并形成开61的壳体主体60，以及附接于壳体主体60以开合该开口61(参见图7)的前门62。加热器54和绝缘件56分为如用附图标记54A和56A(附接于壳体主体的)与54B和56B(附接于前门的)表示的两段部分，以分别附接于壳体主体60和前门62。在前门62的闭合位置中，壳体主体60上的部分绝缘件56A和前门62上的部分绝缘件56B构造为使得彼此紧密接触，从而流化床反应容器52的绝热性能将不会因壳体主体60与前门62之间的间隙而恶化。

在图5和6所示的实施例中，前门62用铰链64以可开合的方式附接于壳体主体60的开口61的边缘，如图6所示，最大打开角度可以是180度或更大。最大打开角度可根据工作空间和可操作性进行适当选择。

前门62具有门锁机构68，包括多个夹具66以将门62保持在开口61上的闭合位置。夹具66可具有适当的形状从而骑跨壳体主体60和前门62的两边，并将这些边夹紧以使彼此紧密接触。从图7可以理解的是，夹具66紧密夹持壳体主体60的外周肋60r和前门62的外周肋62r，形成二者之间的整体紧密密封。

气密壳体58借助于腿部72由基座70支撑，并且反应容器52装有设置在基座70和壳体主体60之间并连接于图中未示出的气体供给系统的气体供给管74，该气体供给管74与该反应容器52连通。

用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置50的修改实施例将在此参考图8和9进行描述。装置50的修改实施例与图5至7所示实施例相同，除了在修改实施例中，前门62并非铰接的单扇门，而是以垂直滑动以开合开口61的方式附接于壳体主体60的门。与图5至7中所用相同的附图标记用于与图5至7所示部件相应的部件。

图8和9所示装置包括滑动操作器76以开合前门62。滑动操作器76包括一对用于向上和向下致动和引导前门62的滚珠丝杠78和78’、以及转动滚珠丝杠78和78’的例如步进电机的旋转驱动器79。当旋转驱动器79受到激励时，这对滚珠丝杠78和78’向前或向后转动，以在如图8所示前门62闭合的上升位置与如图9所示前门62打开的下降位置之间移动前门62。

根据该修改实施例的装置50使得打开前门62、从壳体主体60去除反应容器52、清扫反应容器52内腔成为可能。此后，反应容器52被放回壳体主体60中并且前门62闭合，然后该装置恢复到旧时状态。当前门闭合并且夹紧以形成气密壳体腔时，设置在壳体主体60中的部分绝缘件56A与安装在前门62内表面上的部分绝缘件56B彼此紧密接触，以形成由壳体主体60与前门62围绕成的气密壳体腔中防护件的一体筒状结构，该前门夹紧至壳体主体。

在前门闭合并且夹紧至壳体主体之后，一炉量的燃料核经由装置顶部的容器充入孔填充在反应容器52中，然后充入孔闭合并重建气密壳体腔。现在该装置准备好开始形成前述第一至第四覆层的连续处理，同时几种混有涂敷材料的气体相继经由气体供给管74供给至反应容器52中，并且混合气体在反应容器52内形成的流化床中与燃料核发生反应。

在具有如图5至7所示结构的装置50的应用实施例中，气密壳体58具有大约700毫米的外径和大约2200毫米的高度，石墨制反应容器52具有大约200毫米的内径和大约1000毫米的高度。平均粒径0.6毫米、大约3.8千克炉量的二氧化铀燃料核被充入反应容器52中，并且作为第一覆层的低密度碳覆层在大约1400℃的温度下用从气体供给管74供给的乙炔C₂H₂气流(形成第一覆层的反应气体)形成，继而作为第二覆层的高密度碳覆层在大约1400℃的温度下用丙烯C₃H₆气流(形成第二覆层的反应气体)形成，作为第三覆层的碳化硅在大约1600℃的温度下用甲基三氯硅烷CH₃SiCl₃气流(形成第三覆层的反应气体)形成，最后作为第四覆层的高密度碳覆层在大约1400℃的温度下用丙烯C₃H₆气流(形成第四覆层的反应气体)形成。由此获得的涂敷燃料颗粒的平均粒径是0.93毫米，覆层厚度在第一覆层中是0.06毫米、在第二覆层中是0.03毫米、在第三覆层中是0.03毫米、在第四覆层中是0.045毫米。

反应容器52可通过打开前门62而附接和分离，从而其附接和分离操作很容易，因此沉积在反应容器内部的例如石墨粉、烟灰及其它污垢的杂质可用真空吸尘器等容易地去除。

(C)分段型反应容器(维护性的提高)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，现在将对反应容器的优选结构进行详细描述。图10a和10b显示了包括一组筒状部件的反应容器的结构实施例，其以三个可分离层级的方式互连以形成单个筒状容器结构。图10a是多个筒状部件分离的剖面侧视图而图10b是筒状部件连接为单个筒状容器结构的剖面侧视图。

在这一实施例中，反应容器100由包括第一筒状部件101、第二筒状部件103和第三筒状部件106在内的三个筒状部件组成。至于用来保证筒状部件101、103和106之间紧密密封的连接装置，内/外螺纹接合紧密形成在相邻筒状部件之间的每个互连部。

即，如图10a所示，构成反应容器100的最上面部分的第一筒状部件101具有形成在其底端外周上的外螺纹部102，并且构成容器100中间部分的第二筒状部件103具有其顶端内周上的内螺纹部104，从而内外螺纹部102和104彼此紧密螺纹连接。第二筒状部件103具有形成在其底端内周上的另一内螺纹部105，构成容器100最下面部分的第三筒状部件106具有形成在其顶端外周上的外螺纹部107，从而内外螺纹部105和107彼此紧密螺纹连接。

因此，采用每个相应外螺纹部(102、107)与内螺纹部(104、105)之间形成的相互紧密连接，第一、第二和第三筒状部件101、103和106紧密连接以形成具有如图10b所示单个筒状容器结构的反应容器100。

在实践中，筒状部件按第三筒状部件106、第二筒状部件103然后是第一筒状部件101的顺序相继连接，以在用于制造涂敷燃料颗粒的装置的气密筒状壳体中构造大约200毫米直径且大约1000毫米高度的流化床反应容器100。在反应容器100的底部上，安装气体入口喷嘴以将混有涂敷材料的气体供给至容器100中，并且该容器用加热器围绕。该加热器用于将容器的内反应腔加热到混合气体中所含涂敷材料的热分解所需的预定温度。采用这种构造的装置，一炉量的二氧化铀燃料核通过下述处理用四层覆层涂敷。

首先，平均粒径0.6毫米、一炉量大约3.8千克的二氧化铀燃料核被充入反应容器100中，然后由低密度碳组成的第一覆层在大约1400℃用乙炔(C₂H₂)气流形成。继而，由高密度热解碳组成的第二覆层在大约1450℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。然后，由SiC组成的第三覆层在大约1650℃用甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)气流形成。最后，由高密度热解碳组成的第四覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。

在这些连续的涂敷处理中，没有来自反应容器100的各筒状部件之间互连部的渗气现象，一系列处理进行良好。这样所得涂敷燃料颗粒的平均粒径是0.93毫米，覆层厚度在第一覆层中是0.06毫米、在第二覆层中是0.03毫米、在第三覆层中是0.03毫米、在第四覆层中是0.045毫米。

在完成该连续涂敷处理后，反应容器100在短时间内简单拆下，同时松开互连部的螺纹部并使筒状部件101、103、106分离，涂敷燃料颗粒粘结到外螺纹102和107与内螺纹104和105的互连部的问题不会发生，筒状部件的清洁得以容易地实现，反应容器到装置的再安装也可简单便利地执行，同时筒状部件按顺序组装。

虽然在上述实施例中采用内/外螺纹的连接，但是，筒状部件之间的互连可用其它任何连接机构实现，只要它实现筒状部件之间可分离的紧密密封连接，本发明不特别局限于此，然而优选适于容易组装/拆卸作业的连接机构。

(D)反应容器的绝缘(防止石墨的磨损/破坏)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，现在将对反应容器和相应壳体的优选结构进行详细描述。图11显示了根据本发明用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的一个实施例的示例性结构。如图11所示，流化床反应装置包括：用于在二氧化铀燃料核112的表面上形成覆层的反应容器115，燃料核经由形成在容器顶部的充入孔(未示出)而填充在容器中，该容器安装有用于将混有涂敷材料的涂敷气体与流化气体气源(未示出)引导穿过气体入口116和气体入口管114的气体入口喷嘴113；石墨制筒状加热器111，绕反应容器115的外周部安装用以加热容器内部；筒状绝热件118，也由石墨制成并设置为围绕所装加热器111的外圆周；气密筒状壳体119，其中收容有容器、加热器、绝缘件。

在本实施例中，设在反应容器115之下的是碳筒状体11A，其顶端由螺纹接合部紧密连接至从容器115底部延伸出的一体筒状部。碳筒状体11A的外周部由石墨制绝热筒状体11B围绕，其目的是防止通常由金属制成的气体入口管114在反应堆的高温环境下熔化。在实践例中，壳体119的尺寸为直径大约700毫米且高度大约2200毫米，反应容器的尺寸为直径大约200毫米且高度大约1000毫米。

采用这种结构的装置，平均粒径0.6毫米、一炉量3.8千克的二氧化铀燃料核被填充至反应容器中，由低密度碳层组成的第一覆层在大约1400℃用乙炔(C₂H₂)气流形成。继而，由高密度热解碳组成的第二覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。然后，由SiC组成的第三覆层在大约1600℃用甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)气流形成。最后，由高密度热解碳组成的第四覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。

连续涂敷处理的结果是，未发现由加热器111和绝缘件118与氢反应产生的碳氢化合物导致的损坏迹象，所得涂敷燃料颗粒的平均粒径是0.93毫米，这些层的厚度在第一覆层中是0.06毫米、在第二覆层中是0.03毫米、在第三覆层中是0.03毫米、在第四覆层中是0.045毫米，并且非常均匀。

图12显示了根据本发明用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的另一实施例的示例性结构。在本实施例中，作为图11所示碳筒状体11A的替换结构，一体筒状部11C从容器115的底部纵向延伸到气密壳体119的底部。筒状部11C的下端通过螺纹接合部紧密连接于气密筒状壳体119的底部，其它结构与图11所示的相同。

此外在本实施例中，由于在形成第三覆层时作为流化气体的氢气不会从反应容器115的气体入口管114与气体入口喷嘴113之间的间隙泄漏，并且不会流入加热器111与绝缘件118设置所在的空间中，从而有可能防止身为加热器111和绝缘件118的典型构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和损坏。

由于加热器111和绝缘件118不受磨损和损坏，即使在连续的涂敷处理中，反应容器中的温度分布不变且稳定，从而有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

(E)向反应容器周围的惰性气体的供给(防止石墨的磨损和破坏)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，现在将对反应容器和相应壳体的另一优选结构进行详细描述。图13显示了根据本发明用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的另一实施例的示例性结构。如图13所示，流化床反应装置包括：用于在二氧化铀燃料核132的表面上形成覆层的反应容器135，燃料核经由形成在容器顶部的充入孔而填充在容器中，该容器安装有用于将混有涂敷材料的涂敷气体与流化气体从气源(未示出)引导穿过气体入口136和气体入口管134的气体入口喷嘴133；石墨制筒状加热器131，绕反应容器135的外周部安装用以加热容器内部；筒状绝热件138，也由石墨制成并设置为围绕所装加热器131的外圆周；以及气密筒状壳体139，容纳容器、加热器和绝缘件。在壳体顶部，安装废气出口137以将用过的混有涂敷材料的气体排放到反应堆外部的气体处理装置，在装置的最下部，气体入口136也用于取出涂敷燃料颗粒。

在应用实施例中，装置的尺寸为直径大约700毫米且高度大约2200毫米，反应容器的尺寸为直径大约200毫米且高度大约1000毫米。

采用上述结构的装置，平均粒径0.6毫米、一炉量3千克的二氧化铀燃料核被填充在反应容器135中，由低密度碳层组成的第一覆层在大约1400℃用乙炔(C₂H₂)气流形成。继而，由高密度热解碳组成的第二覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。然后，由SiC组成的第三覆层在大约1600℃用甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)气流形成。最后，由高密度热解碳组成的第四覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。

当第一至第四覆层形成时，筒状壳体139与反应容器135之间的加热器131与绝缘件138设置所在的空间，经由惰性气体入口管13A用氩气增压。从而，即使当涂敷处理连续执行时，也不会发现由碳氢化合物所导致的加热器131与绝缘件138上的损坏，并获得具有均匀质量的涂敷燃料颗粒。这里，惰性气体入口管13A通过连接管13C连接于氩气瓶13D，控制器13B插入该连接管13C用以将气密壳体139的内压控制到预定压力水平。控制器13B设计为分别对第一至第四涂层的每个连续涂敷处理将内压控制到预定压力值。

考虑到在各涂敷处理的反应容器中的工作压力，当第三覆层形成时工作压力最大，从而壳体内压被控制为0.2Mpa(表压)的设定值，该值稍高于用于第三覆层涂敷处理的反应容器工作压力。这里，设定值依赖于第三覆层的涂敷条件，例如混有涂敷材料的气体的流速和反应温度，从而只需要根据各涂敷处理的涂敷条件使壳体或反应容器外部周围空间的内压大于等于反应容器内部的工作压力。此外，虽然在本实施例的所有涂敷处理期间壳体内压被控制为0.2Mpa的恒定水平(表压)，内压可针对连续涂敷处理的各阶段控制在不同压力水平。

如上所述，在SiC层形成时，有可能防止混有涂敷材料的气体中所含氢气从气体入口喷嘴133与反应容器135之间的间隙泄漏，并且还防止身为加热器131与绝缘件138的典型构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。由于加热器131和绝缘件138的磨损和破坏得到避免，即使在燃料颗粒的连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布不变且稳定化。其结果是，有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

(F)惰性气体向反应容器周围的供给(防止石墨的磨损和破坏)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，现在将对反应容器和相应壳体的另一优选结构进行详细描述。图14a和14b显示了根据本发明用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的另一实施例的示例性结构。如图14a所示，流化床反应装置包括：用于在二氧化铀燃料核142的表面上形成覆层的反应容器145，燃料核经由形成在容器顶部的充入孔填充在容器中，该容器安装有用于将混有涂敷材料的涂敷气体与流化气体从气源(未示出)引导穿过气体入口146和气体入口管144的气体入口喷嘴143；石墨制筒状加热器141，绕反应容器145的外周部安装用以加热容器内部；筒状绝热件148，也由石墨制成并设置为围绕所装加热器141的外圆周；以及气密筒状壳体149，容纳容器、加热器和绝缘件。

反应容器145、绝缘件148以及气密壳体149分别形成为筒状并且横截面同心设置在壳体内部空间，以在绝缘件148与气密壳体149之间用绕其圆周具有均匀宽度的间隙形成外部流动通道14C，并在绝缘件148与反应容器145之间用绕其圆周具有均匀宽度的间隙形成两个内部流动通道14B、14B，筒状加热器141设置在这两个内部流动通道之间。该壳体在其底部具有清扫气体供给口14A，以将清扫气体供给到加热器141和绝缘件148设置所在的内部空间。在应用实施例中，气密壳体149的尺寸为直径大约700毫米且高度大约2200毫米，反应容器145的尺寸为直径大约200毫米且高度大约1000毫米。虽然本实施例中采用筒状加热器141，但也可以采用多个棒状加热器绕容器设置来代替筒状加热器，这时，棒状加热器绕内部流动通道14B等间距周向定位。

采用上述结构的装置，平均粒径0.6毫米、一炉量3千克的二氧化铀燃料核被填充在反应容器中，由低密度碳层组成的第一覆层在大约1400℃用乙炔(C₂H₂)气流形成。继而，由高密度热解碳组成的第二覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。然后，由SiC组成的第三覆层在大约1600℃用甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)气流形成。最后，由高密度热解碳组成的第四覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。

当第一至第四覆层形成时，氮气清扫气体以50升/分钟的流速从清扫气体供给口14供给到气密壳体149与反应容器145之间的内部空间。氮气清扫气体以及从气体入口喷嘴143与反应容器145之间泄漏的混有涂敷材料的气体经由安装在装置顶部的废气出口147排放到反应堆外部。

如图14b所示，在气密壳体149的外周壁上，安装构造为构成气密壳体筒状壁一部分的门14D。继而，绕外部流动通道14C均匀引导清扫气体，从而有可能防止身为加热器与绝缘件典型构成材料的石墨与氢局部起反应而局部受到磨损和破坏。

如上所述，即使当SiC层形成过程中作为流化气体含在混有涂敷材料的气体中的氢气从气体入口喷嘴143与反应容器145之间泄漏，含氢气体也由清扫气流排出装置外面，从而有可能防止身为加热器141与绝缘件148构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。

此外，由于加热器141和绝缘件148的磨损和破坏得以避免，即使在燃料颗粒的连续涂敷处理情况下，反应堆中的温度分布也不变且稳定化，从而有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

(G)从反应容器周围的抽吸(防止石墨的磨损和破坏)：

对于安装有图1至4中任一个所示的类型气体入口喷嘴的流化床反应容器，现在将对反应容器和相应壳体的另一优选结构进行详细描述。图15显示了根据本发明用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的装置的另一实施例的示例性结构。如图15所示，流化床反应装置包括：用于在二氧化铀燃料核152的表面上形成覆层的反应容器155，燃料核经由形成在容器顶部的充入孔而填充在容器中，该容器安装有用于将混有涂敷材料的涂敷气体与流化气体从气源(未示出)引导穿过气体入口156和气体入口管154的气体入口喷嘴153；石墨制筒状加热器151，绕反应容器155的外周部安装用以加热容器内部；筒状绝热件158，也由石墨制成并设置为围绕所装加热器151的外圆周；以及气密筒状壳体159，容纳容器、加热器和绝缘件。

即，该装置以从外向内的顺序包括壳体159、绝缘件158、加热器151和反应容器155。该装置还包括在壳体底部与壳体内部空间连通的抽吸管15B，以从内部空间强制排放气体。在应用实施例中，气密壳体159的尺寸为直径大约700毫米且高度大约2200毫米，反应容器155的尺寸为直径大约200毫米且高度大约1000毫米。虽然本实施例中采用筒状加热器151，但也可采用多个棒状加热器绕容器设置来代替筒状加热器，这时，棒状加热器绕容器155的外周部等间距周向定位。

采用上述结构的装置，平均粒径0.6毫米、一炉量3千克的二氧化铀燃料核填充在反应容器中，由低密度碳层组成的第一覆层在大约1400℃用乙炔(C₂H₂)气流形成。继而，由高密度热解碳组成的第二覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。然后，由SiC组成的第三覆层在大约1600℃用甲基三氯硅烷(CH₃SiCl₃)气流形成。最后，由高密度热解碳组成的第四覆层在大约1400℃用丙烯(C₃H₆)气流形成。

当第一至第四覆层形成时，加热器151与绝缘件158安装所在的壳体159与反应容器155之间的内部空间，用连接于抽吸管15B的低真空泵型抽吸泵15A减压，例如旋转泵、机械增压泵等。从而，即使当涂敷处理连续进行，也不会发现加热器151与绝缘件158上由碳氢化合物导致的损坏，并获得具有均匀质量的涂敷燃料颗粒。

在第一、第二和第四覆层的涂敷处理中，具有防爆特征的真空泵优选用作该抽吸泵14A，因为混有涂敷材料的气体将具有易燃气体化合物。

根据本发明，在处理期间由抽吸泵进行从围绕流化床反应容器的壳体内部空间进行的抽吸，任何从气体入口喷嘴153与反应容器155之间的间隙泄漏的气体被强行排放到加热器与绝缘件安装所在的壳体外面。从而，即使当SiC层形成期间作为流化气体含在混有涂敷材料的气体中的氢气从气体入口喷嘴153与反应容器155之间的间隙泄漏时，含氢气体也用抽吸泵15A排出壳体159外部，从而有可能防止身为加热器151与绝缘件158的构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。

此外，由于加热器151与绝缘件158的磨损和破坏得到避免，即使在燃料颗粒连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布不变且稳定化，从而有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

如上所述，即使当SiC层形成期间作为流化气体含在混有涂敷材料的气体中的氢气从气体入口喷嘴153与反应容器155之间的间隙泄漏时，含氢气体也用抽吸泵15A排出壳体159外部，从而有可能防止身为加热器151与绝缘件158的构成材料的石墨与氢起反应而受到磨损和破坏。

此外，由于加热器151与绝缘件158的磨损和破坏得到避免，即使在燃料颗粒连续涂敷处理的情况下，反应堆中的温度分布也不变且稳定化，从而有可能使覆层质量稳定化，覆层质量在限制HTGRs的燃料中可裂变材料的功能方面扮演非常重要的角色。

(H)蒸发池的温度调节(SiC涂敷气体供给的稳定化)：

对于安装有图1至4中任一个所示类型的气体入口喷嘴的流化床反应容器，包括用于调节蒸发池温度的气体供给系统的优选实施例现在将进行详细描述。图16显示了根据本发明一个实施例的用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的气体流化床反应装置的气体供给系统的示意图。如图16所示，气体供给系统适于独立控制每个涂敷气体B-1至B-3以及流化气体A-1至A-3的供给量，这些气体以与前述传统型气体供给系统相似的方式分别用截止阀和调节器供给至流化床反应容器161中。在用于形成第一、第二和第四覆层的每个处理中，采用通过混合涂敷气体B-1、B-2和流化气体A-1的一种或两种而获得的混有涂敷材料的气体。这些涂敷气体和流化气体容纳在它们各自的瓶中。另一方面，在用于形成第三覆层或SiC层的处理中，通过混合从蒸发池162生成的涂敷气体B-3和容纳在瓶中的流化气体A-2而获得的混有涂敷材料的气体用作载气。

任何混有涂敷材料的气体收集在收集管C-1中，然后经由包括插入式截止阀C-1-1在内的容器管线供给到反应容器161中。对于收集管C-1的出口和入口，其相关止回阀C-1-2、A-1-4、A-2-4、B-1-4、B-2-4和B-3-5分别连接，其目的是防止收集管C-1内的易燃气体爆炸的膨胀。第一至第四覆层的形成处理的操作程序例如根据下列步骤进行。

即，当第一覆层形成时，首先供给流化气A-1。截止阀A-1-1和A-1-3打开，流速用调节器A-1-2进行调节。继而，供给涂敷气体B-1。截止阀B-1-1和B-1-3打开，流速用调节器B-1-2进行调节。

当第二(或第四)覆层形成时，首先供给流化气A-1。截止阀A-1-1和A-1-3打开，流速用调节器A-1-2进行调节。继而，供给涂敷材料B-1(或者B-2)。截止阀B-1-1和B-1-3(或者B-2-1和B-2-3)打开，流速用调节器B-1-2(或者B-2-2)进行调节。

当第三覆层或SiC层形成时，首先供给流化气A-2作为载气。截止阀A-2-1和A-2-3打开，流速用调节器A-2-2进行调节。继而，供给涂敷气体B-3。截止阀B-3-1、B-3-3以及B-3-4打开，流速用调节器B-3-2进行调节。

如图16所示，用于供给流化气体A-1和A-2的两个供给管以及用于供给涂敷气体B-1、B-2以及B-3的三个供给管连接于收集管C-1。所有那些气体通过收集管C-1送入反应容器161。收集管C-1的内径不小于其它供给管内径的两倍大小。此外，供给管连通于收集管C-1中，从而每个涂敷气体B-1、B-2和B-3可混入流化气体A-1和A-2中相关一支的主流中，因此均匀混合的气体被送往反应容器，其目的是均匀供给混有涂敷材料的气体。

蒸发池162盛有液相甲基三氯硅烷，并且安装有外套163和用于恒温控制在外套163中循环的加热流体的温度的温度调节器164。温度调节器164适于用安装在蒸发池162中的温度检测装置(未示出)来恒温控制蒸发池162中液态甲基三氯硅烷的温度，从而池162中的液态甲基三氯硅烷的温度被恒温控制在20℃至50℃范围内的预定值，精度为正/负1℃。

图17图解显示了构成从蒸发池162延伸到反应容器161内部的气体供给管线的管结构。如图17所示，构成从蒸发池162到流化床反应容器161内部的气体供给管线的相应管的管171的外表面用带状加热器172螺旋缠绕，并且其最外表面用绝缘层173覆套，这些管子用图中的平行点线显示。带状加热器172适于用未示出的温度控制器将管表面的温度维持在大约40℃至60℃的范围内。从而，有可能防止池162中生成的蒸发甲基三氯硅烷气体在管171中流动期间的冷却凝结。

除此之外，从蒸发池162离开的管线也连接于废气排出管线，用于必要时用从其瓶中经由蒸发池供给的清洁/清除气体A-3将离开管线和池中的剩余气体清除到废气处理设备Z。因此，有可能防止池162中生成的即使在SiC层形成之后仍然留在离开管线和池中的蒸发气体保留和冷凝在离开管线中。如果蒸发的甲基三氯硅烷气体一旦在管中冷凝，则穿过管道蒸发的甲基三氯硅烷气体的浓度变得不稳定，其结果是由此形成的涂敷燃料颗粒的质量(SiC层的厚度和密度以及其破坏比例)受到负面影响。

除了上述用于蒸发池离开管线的废气排出管线之外，气体供给系统还包括连接于收集管C-1并经由截止阀C-1-3导向废气处理设备Z的清洁气体管线，从而蒸发池162中剩余的混有涂敷材料的气体以及从池的出口延伸到容器管线的管线，必要时可用从其瓶中穿过蒸发池供给的清洁/清除气体A-3清通至废气处理设备Z。优选地，Ar气和N₂气可用作清洁/清除气体A-3。

连续涂敷处理的实验例现在将进行解释。这种情况下，图16所示的气体供给系统安装在根据本发明的流化床反应装置中。氩气和氢气分别用作流化气体A-1和A-2，乙炔气和丙烯气分别用作涂敷气体B-1和B-2。作为B-3气，采用通过将氢气A-2导入其中盛有液态甲基三氯硅烷的蒸发池162所得的混合气体。油循环型恒温调节器164安装在蒸发池162上，并且池套163的内部温度被恒温控制到30℃的预定温度，其精度为正/负1℃。

安装在气体供给管线整个长度中且蒸发的甲基三氯硅烷气体流经的所有管由加热管171制成，后者如图17所示安装有螺旋缠绕的带状加热器172和绝缘层覆套173，并且这些管被控制为管的整个长度的表面温度不得低于40℃。

导向废气处理设备Z以清除剩余的混有涂敷材料的气体的清洁气体管线，在收集管C-1出口附近的位置连接于容器管线。在完成第三覆层或SiC层的涂敷处理时，管线和池中含甲基三氯硅烷的剩余气体用清洁气体A-2强行清除、并去除至废气处理设备中。

采用上述结构的装置，平均粒径0.6毫米、一炉量大约3.8千克的二氧化铀燃料核通过容器顶部的充入孔被填充在反应容器(内径大约200毫米)中，同时150升/分钟的Ar流化气流被导入该容器。充入孔紧密闭合，然后，在从气体供给系统将乙炔(C₂H₂)气流导入容器的同时，第一覆层或低密度碳层(平均厚度0.06毫米，精度为正/负0.01毫米，平均密度1.1克/立方厘米)在大约1400℃形成。继而，在从气体供给系统将丙烯(C₃H₆)气流导入容器的同时，第二覆层或高密度热解碳(平均厚度0.03毫米，精度为正/负0.002毫米，平均密度1.85克/立方厘米)在大约1450℃形成。此后，气体供给系统中的截止阀和调节器在它们各自的操作条件下变化，从而7升/分钟的H₂载气流被导入液相甲基三氯硅烷维持在30℃的蒸发池，从而从池中喷射的蒸发的甲基三氯硅烷在收集管中与380升/毫米的H₂流化气体混合，并经由保持在预定管表面温度(不低于40℃)的气体供给管线供给到反应容器中，作为混有SiC涂敷材料的气体。用这一供给的混合气体，第三覆层或SiC层(平均厚度0.03毫米，精度为正/负0.002毫米，平均密度1.85克/立方厘米)在大约1600℃用混有SiC涂敷材料的气流形成在容器中。

在第三覆层形成之后，留在管线中的甲基三氯硅烷通过打开废气清洁管线和废气排出管线中的截止阀大约五分钟来进行去除。最后，燃料核在1450℃下用高密度热解碳的第四覆层(平均厚度0.04毫米，精度为正/负0.004毫米，平均密度1.85克/立方厘米)进行涂敷，采用的是170升/分钟的氩气流化气流和30升/分钟的丙烯(C₃H₆)涂敷气体，因此获得的涂敷燃料颗粒的生成平均粒径是0.92毫米。

因此，所得涂敷燃料颗粒冷却至大约100℃，此后，氩气流化气体的流速降至80升/分钟，涂敷燃料颗粒收集在排放容器中。因此，收集的涂敷燃料颗粒无涂层缺陷和损坏，涂层的密度和厚度以及SiC层的破坏比例全部令人满意(SiC层破坏率是1.4×10^-4或更低)。

如上所述，根据本实施例的流化床反应装置包括气体供给系统，后者包括用于产生甲基三氯硅烷蒸发气体的恒温受控蒸发池，因此下列优点得以实现。即，在SiC层形成处理的情况下，采用与涂敷气体(H₂载气和甲基三氯硅烷蒸发气体)混合的H₂流化气体，这里可能存在的问题是蒸发池中生成的甲基三氯硅烷蒸发气体的温度由于与H₂流化气接触以及与供给管线接触而降低，当低温条件持续时，甲基三氯硅烷蒸发气体在管中局部液化，从而SiC层的厚度和密度以及最终产品的这些特征会受到影响。本实施例中为了解决此问题，将油循环型温度调节器安装在蒸发池上，并且甲基三氯硅烷的温度可恒温控制在预定温度，例如在20℃至50℃范围内，且精度为正/负1℃。因此，甲基三氯硅烷的蒸发量可稳定地维持在目标值。

此外，从蒸发池出口延伸到流化床反应容器入口的管线的表面温度用带状加热器等进行控制，从而管的整个长度的表面温度保持在40℃或更高，并且防止甲基三氯硅烷的冷凝。此外，气体供给系统包括分别连接于收集管的离开管线及蒸发池的离开管线的清洁气体管线和废气排出管线，从而在完成第三覆层或SiC层的涂敷处理之后，蒸发池和管线中的残留气体必要时可用经由蒸发池供给的清洁/清除气体清除至废气处理设备Z。

(I)甲基三氯硅烷供给管线的输送(SiC涂敷气体供给的稳定化)：

对于根据本发明的流化床反应装置，用于供给气相甲基三氯硅烷作为混有SiC涂敷材料的气体、以形成作为前述第三覆层的碳化硅层的气体供给系统的优选实施例，现在将进行详细描述。图18显示了用于在前述SiC覆层形成处理中、经由容器管线将蒸发的甲基三氯硅烷从蒸发池供给至流化床反应容器的气体供给管线的示意性结构。图中省略了用于供给混有非SiC涂敷材料的其它涂敷材料的气体的管线。

该装置包括用于制造HTGRs的涂敷燃料颗粒的流化床反应堆181。该反应堆具有双壁结构，包括气密筒状壳体和用作流化床的同轴设置在壳体中的石墨制反应容器。在壳体中，反应堆容器的外周被由石墨制成的筒状加热器围绕，并且该加热器的外周还被由石墨制成的筒状绝缘件围绕，从而反应容器内腔被加热到混有涂敷材料的气体热分解以及与充入反应容器中的燃料核表面发生涂敷反应所要求的高温。该反应堆还包括通入反应容器内腔中的气体入口管182，从而混有涂敷材料的气体穿过气体入口管从气体供给系统供给至反应容器。

气体供给系统包括容器管线，其出口端连接于反应堆的气体入口管182。该气体供给系统还包括收集管184，其出口端连接于容器管线189的入口端。每个都从各自的气体供给源延伸出来用于形成各覆层的多个气体供给管线连接于收集管184，从而每种混有涂敷材料的气体经由收集管184和容器管线189被供给到反应堆181的气体入口管182中。该气体供给管线之一用附图标记188显示在图中，它将高流速氢气作为流化气体导入收集管184。

因此，经由气体入口管182从容器管线189引导的混有涂敷材料的气体随充分的流化气流连续供给到反应容器内腔中，从而吹起并流化充入反应容器中的燃料核。在流化状态下，该燃料核与混有涂敷材料的气体起反应，该气体的涂敷材料分子被热量进行热分解并均匀沉淀在燃料核表面上以形成覆层。然后，生成的废气从形成在反应堆顶部的排出口排放。

本实施例涉及用于制造每个都具有四层结构的涂敷燃料颗粒的装置，这些覆层包括作为用乙炔热分解形成的第一覆层的低密度碳层，作为每个都用丙烯热分解形成的第二覆层和第四覆层的两个高密度热解碳层，以及作为用含甲基三氯硅烷的气体(CH₃SiCl₃)热分解形成的第三覆层的SiC层。在这种情况下，与乙炔和丙烯在处于其气态时从它们各自的瓶中供给不同，身为第三覆层的涂敷材料并且通常处于液相的甲基三氯硅烷以混合气体的形式供给，该混合气体通过在蒸发池185中液态甲基三氯硅烷与从载气管186中供给的氢气起泡而产生。

在本实施例中，含蒸发的甲基三氯硅烷的混合气体从蒸发池185供给至收集管184所经由的甲基三氯硅烷供给管187的气体出口187X，位于气体入口管182之上的位置，并且蒸发池185位于紧靠收集管184上方的位置，设置方式是甲基三氯硅烷供给管187垂直延伸至与收集管184的合流部187Y，该合流部是与容器管线189连通的出口。此外，收集管184也位于气体入口管182上方的位置，并且反应容器管189在从收集管184朝向气体入口管182的方向内向下设置。

根据如上所述的气体供给系统中气体供给管线的这种设置，含甲基三氯硅烷的气体在甲基三氯硅烷供给管187中大致垂直向下流向收集管184，甲基三氯硅烷的堆积因此很容易在甲基三氯硅烷供给管187中出现，从而具有比作为载气的氢气比重更大并趋向于受重力下落的甲基三氯硅烷被非常平稳地供给至容器管线189，其气流不对抗重力，因此作为混有涂敷材料的气体的甲基三氯硅烷向反应容器的供给大大稳定化。

此外，从收集管184延伸到气体入口管182的容器管线189也仅向下设置，容器管线189中的甲基三氯硅烷流也在高流速氢气载气的帮助下以非常少的压力损失平稳流动，作为混有涂敷材料的气体的甲基三氯硅烷在整个管线中稳定平稳地从池185供给至反应堆181中的反应容器。

采用上述结构的装置，几次装炉量的燃料核经历反应以形成覆层，直到采用作为SiC层材料的甲基三氯硅烷的前述第三层，从而每个都具有三层覆层的涂敷燃料颗粒得以生产出来。对应于从五次装炉量的生产处理中取出的一百个颗粒的第三覆层平均厚度进行测量。其结果是，形成了大致在从30.6至30.8微米范围内的非常均匀的SiC覆层。

(J)涂敷燃料颗粒的制造条件：

在要载入日本原子能研究所的高温工程试验反应堆(HTTR)中的主加载燃料和第一替换燃料的大约两吨U涂敷燃料颗粒的制造处理中，执行了用于相继用低密度碳层作为第一层、高密度热解碳层作为第二层、SiC层作为第三层以及高密度热解碳层作为第四层来涂敷二氧化铀燃料核的处理。在确定涂敷条件的情况下，升温速度、涂敷温度、涂敷气体流速、流化气体流速、以及涂敷速度得到优化。

(1)考虑到低密度碳层作为第一层的涂敷条件，从室温到第一层涂敷温度的温度范围内的升温速度、涂敷温度、涂敷气体流速、流化气体流速以及涂敷速度进行着不同改变。

当从室温到第一层涂敷温度的温度范围内的升温速度超过25℃/分钟时，有内部缺陷的燃料核有时会由于热应力而断裂，因此升温速度必须为25℃/分钟或更低。此外，当涂敷温度低于1300℃时，乙炔的热分解反应不能进行，分解不充分，不能形成可靠的低密度碳层。另一方面，当涂敷温度超过1500℃时，与燃料核中UO₂的反应会发生而形成UCO。

当涂敷气体(乙炔)流速低于60升/分钟时，即使涂敷温度是1500℃，涂敷速度也不能增加到10微米/分钟。另一方面，当涂敷气体流速超过220升/分钟时，即使流化气体(氩)流速降低到90升/分钟的最低流速，颗粒的流化也会过于猛烈而出现覆层破损。

当流化气体(氩)流速低于90升/分钟时，颗粒的流化不充分并且不能形成均匀的覆层。另一方面，当流化气体流速超过250升/分钟时，即使涂敷气体(乙炔)流速降低至60升/分钟的最低流速，颗粒的流化也会过于猛烈而出现覆层破损。

当涂敷速度低于10微米/分钟时，形成具有较少微孔的覆层，覆层用作缓冲层以吸收通过核裂变反应生成的气态FP的气体聚集和颗粒膨胀的主要功能不足。当涂敷速度增加，覆层密度趋向于降低，但其上限没观察到。

(2)考虑到高密度热解碳层作为第二层的涂敷条件，从第一层涂敷温度到第二层涂敷温度的温度范围内的升温速度、涂敷温度、涂敷气体流速、流化气体流速以及涂敷速度进行着不同改变。

当从第一层涂敷温度到第二层涂敷温度的温度范围内的升温速度超过25℃/分钟时，有内部缺陷的燃料核有时会由于热应力而断裂，因此升温速度必须为25℃/分钟或更低。此外，当涂敷温度低于1350℃时，丙烯的热分解反应不能进行，分解不充分，不能形成可靠的高密度碳层。另一方面，当涂敷温度超过1480℃时，该涂敷速度几乎不能控制，并且不能获得具有均匀厚度和均匀结构的覆层。

当涂敷气体(丙烯)流速低于30升/分钟时，表达式“涂敷气体流速/(涂敷气体流速+流化气体流速)”的值降低。即，导致涂敷气体的浓度降低且覆层密度降低。另一方面，当涂敷气体流速超过190升/分钟时，即使流化气体(氩)流速降低到140升/分钟的最低流速，颗粒的流化也会过于猛烈而出现覆层破损。

当流化气体(氩)流速低于140升/分钟时，颗粒的流化不充分，并且不能形成均匀的覆层。另一方面，当流化气体流速超过190升/分钟时，即使涂敷气体(丙烯)流速降低至30升/分钟的最低流速，颗粒的流化也会过于猛烈而出现覆层破损。此外，当涂敷速度超过4微米/分钟时，不能获得具有均匀厚度和均匀结构的覆层。

(3)考虑到SiC层作为第三层的涂敷条件，从第二层涂敷温度到第三层涂敷温度的温度范围内的升温速度、涂敷温度、涂敷气体流速、流化气体流速以及涂敷速度进行着不同改变。

当从第二层涂敷温度到第三层涂敷温度的温度范围内的升温速度超过25℃/分钟时，有内部缺陷的燃料核有时会由于热应力而断裂，因此升温速度必须为25℃/分钟或更低。

当涂敷温度低于1500℃时，生成不以SiC形式存在的游离Si，因此Si/C的比例大于1。当Si/C比不等于1时，SiC的性能恶化。此外，包括SiC在内的沉淀形成在涂敷装置的涂敷气体喷口处，从而流化状态受到负面影响，因此不能获得均匀涂敷。另一方面，当涂敷温度超过1650℃时，分层缺陷出现在覆层中，颗粒附着于涂敷装置的涂敷气体喷口并形成沉淀，从而流化状态受到负面影响，因而不能获得均匀涂敷。

当作为涂敷气体用以传输甲基三氯硅烷的氢气流速低于5升/分钟时，导致涂敷气体的浓度降低且覆层密度降低。另一方面，当氢气流速超过9升/分钟时，过多的甲基三氯硅烷在涂敷装置的涂敷气体喷口处形成沉淀，从而流化状态受到负面影响，因而不能获得均匀涂敷。

当流化气体(氢)流速低于350升/分钟时，颗粒的流化不充分，并且不能形成均匀的覆层。另一方面，当流化气体流速超过450升/分钟时，颗粒的流化会过于猛烈而出现覆层破损。此外，当涂敷速度超过0.3微米/分钟时，出现分层缺陷。

(4)考虑到高密度热解碳层作为第四层的涂敷条件，从第三层涂敷温度到第四层涂敷温度的温度范围内的降温速度设定为20℃/分钟或更低，涂敷温度设定在1350℃至1520℃，涂敷气体(丙烯)流速设定在35至110升/分钟，流化气体(氩)流速设定在65至240升/分钟，且涂敷速度设定在1.7至3.4微米/分钟。

当从第三层涂敷温度到第四层涂敷温度的温度范围内的降温速度超过20℃/分钟时，有时会出现覆层的脱落和破损，因此降温速度必须为20℃/分钟或更低。此外，当涂敷温度低于1350℃时，丙烯的热分解反应不能进行，分解不充分，不能形成可靠的高密度碳层。另一方面，当涂敷温度超过1520℃时，该涂敷速度几乎不能控制，并且不能获得具有均匀厚度和均匀结构的覆层。

当涂敷气体(丙烯)流速低于30升/分钟时，导致涂敷气体的浓度降低并且覆层密度降低。另一方面，当涂敷气体流速超过110升/分钟时，即使流化气体(氩)流速降低到35升/分钟的最低流速，颗粒的流化也会过于猛烈而出现覆层破损。此外，当涂敷速度超过3.4微米/分钟时，不能获得具有均匀厚度和均匀结构的覆层。

(5)在作为第四层的高密度碳层形成结束后的降温速度设定为20℃/分钟或更低。原因是，当第四层形成结束后的降温速度超过20℃/分钟时，有时会由于SiC层与高密度碳层之间热收缩系数的不同而出现覆层的脱落和破损。

大约600炉的涂敷燃料颗粒通过这种处理得以制造，这种处理连续用低密度碳层作为第一层、高密度热解碳层作为第二层、SiC层作为第三层以及高密度热解碳层作为第四层来涂敷二氧化铀燃料核。所得涂敷燃料颗粒以稳定的方式具有分别带有下列厚度和密度的覆层。每个覆层的平均厚度和平均密度显示在下表1中。

表1

	厚度(毫米)	密度(克/立方厘米)
			第一层	60	1.1
第二层	30	1.85
			第三层	30	3.2
第四层	45	1.85

此外，也考虑到当涂敷燃料颗粒用在核反应堆中时、限制由核裂变反应生成的裂变产物的功能，通常在950℃温度下燃烧的主加载燃料的高温运行试验结果是，裂变产物辐射量与裂变产物产量的比是10^-8，经核实，具有极高覆层质量的涂敷燃料颗粒可以工业规模稳定制造。

Claims (20)

1、用于制造高温气冷反应堆的涂敷燃料颗粒的装置，该装置配备有：具有气体入口喷嘴的流化床反应容器，该喷嘴位于容器的底部，该反应容器用以在一次装炉量的由烧结二氧化铀形成的燃料核的每个表面上形成多层覆层，所述覆层的形成是通过在燃料核被流化的加热环境中、从所述气体入口喷嘴将包含涂敷气体和/或流化气体的混有涂敷材料的气体导入容器内部而实现的；绕流化床反应容器设置的加热器，用以加热所述流化床反应容器；绝缘件，围绕加热器外周、并将容纳流化床反应容器于其中；以及筒状壳体，用以将流化床反应容器、加热器以及绝缘件容纳于其中；其中，所述气体入口喷嘴包括：

盘形喷嘴主体，安装在反应容器的底部中以构造容器中心底部的至少一部分；

多个喷嘴开口，设置在喷嘴主体上沿多个圆形区域分布的位置处，这些圆形区域绕反应容器的所述底部的中心轴线彼此同心；

一个或多个气体入口通道，穿过喷嘴主体并且从容器底表面侧与喷嘴开口连通；以及

一个或多个气体入口管，与一个或多个气体入口通道连通，并且将混有涂敷材料的气体从设置在反应容器外部的气体供给系统供给至这些通道。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴开口与气体入口通道连通并且沿绕反应容器的所述底部中心轴线彼此同心的每个同心圆形区域等角间隔分布。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体入口通道中至少一个分为第一和第二子入口通道，每个第一子入口通道与沿第一圆形区域等角间隔定位的每个第一喷嘴开口连通并且所述每个第二子入口通道与沿第二圆形区域等角间隔定位的每个第二喷嘴开口连通，所述第一圆形区域和第二圆形区域绕反应容器底部的中心轴线彼此同心，其中反应容器的内径D、第一圆形区域的直径rs、与沿第一圆形区域定位的第一喷嘴开口连通的第一子入口通道数量Ns、每个第一子入口通道的内径ds、第二圆形区域的直径rm、与沿第二圆形区域定位的第二喷嘴开口连通的第二子入口通道数量Nm、以及每个第二子入口通道的内径dm同时满足由以下表达式(1)至(3)规定的条件：

0.15≤rm/D≤0.22                    (1)

rs/D≤0.08                          (2)

Ns×ds²/(Ns×ds²+Nm×dm²)＜1/3      (3)

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，与沿所述第二圆形区域定位的每个第二喷嘴开口连通的第二子入口通道设置为具有这种相对于反应容器底部中心轴线的倾斜角，使得第二子入口通道的中心轴线延长线与反应容器内壁相交点的高度不低于充入反应容器中的燃料核上表面的高度。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒状壳体包括壳体主体以及前门，所述壳体主体具有位于其外周壁一部分处的开口，所述前门附接于所述壳体主体以开合壳体主体开口；其中所述加热器分为第一段加热器和第二段加热器，绝缘件分为第一段绝缘件和第二段绝缘件，第一段加热器和第一段绝缘件均附接于壳体主体，第二段加热器和第二段绝缘件附接于前门，并且其中壳体主体上的第一段绝缘件和前门上的第二段绝缘件被构造为在所述开口由前门闭合的状态下彼此紧密接触。

6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流化床反应容器包括一组筒状部件，以多个可分离层级的方式互连以形成单个的筒状容器结构，并且其中用于确保紧密密封的连接装置形成在所述筒状部件之间的每个互连部处。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述连接装置包括绕每个所述筒状部件一端的外周形成的外螺纹部、以及绕每个所述筒状部件另一端的内周形成的内螺纹部，从而内螺纹部和外螺纹部在所述筒状部件之间的每个互连部彼此螺纹连接。

8、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筒状壳体包括用以将涂敷气体和/或流化气体送入流化床反应容器的气体入口管所存在的第一空间、加热器和绝缘件所存在的第二空间、以及用于使所述第一空间和第二空间彼此绝缘的装置。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，绝缘装置包括围绕气体入口管外周的筒状防漏件，该筒状防漏件下端固定于壳体主体的底部，且该筒状防漏件上端具有在气体入口喷嘴外周连接于反应容器底部的螺纹部。

10、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，绝缘装置包括在气体入口喷嘴外周处一体形成在反应容器底部上并且向下延伸以围绕气体入口管外周的筒状防漏件，该筒状防漏件的下部具有连接于壳体主体底部的螺纹部。

11、根据权利要求1所述的装置，特征在于，还包括：

惰性气体入口管，用于将惰性气体导入筒状壳体内的流化床反应容器外部区域中；以及

控制装置，用于将要导入所述区域中的所述惰性气体的供给压力控制为大于等于流化床反应容器内部压力。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，控制装置用于根据要形成的每种覆层的类型，控制导入筒状壳体内的流化床反应容器外部区域中的惰性气体的压力值。

13、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

清扫气体供给管，用于将清扫气体供给到筒状壳体内的流化床反应容器外部的空间中，从而将从反应容器泄漏出的混有涂敷材料的气体清除到筒状壳体外部；以及

设置在流化床反应容器与绝缘件之间的圆周内部流动通道，它具有绕其圆周的宽度均匀的间隙用以无滞留地使清扫气体流动。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括设置在绝缘件与筒状壳体之间的外部流动通道，它具有绕其圆周的宽度均匀的间隙用以无滞留地使清扫气体流动。

15、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括抽吸泵，用于将从流化床反应容器泄漏出来的混有涂敷材料的气体排放到壳体外面。

16、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于将混有涂敷材料的气体供给到反应容器中的气体供给系统、以及蒸发池，该蒸发池用于生成要供给到反应容器中以在反应容器中的每个燃料核表面上形成碳化硅覆层的涂敷气体，所述蒸发池具有用于恒温控制蒸发池工作温度的温度调节装置。

17、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括用于将混有涂敷材料的气体供给到反应容器中的气体供给系统、以及蒸发池，该蒸发池用于生成要经由管线供给到反应容器中的混有涂敷材料的气体，所述管线构成用于将所述混有涂敷材料的气体从蒸发池供给到流化床反应容器的气体供给管线，所述管线具有用于在碳化硅覆层形成在每个燃料核表面上时、将管线温度保持在预定温度之上的温度保持装置。

18、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体供给系统包括蒸发池、容器管线以及甲基三氯硅烷供给管，该蒸发池用于生成混有涂敷材料的气体，所述气体包含作为用于形成燃料核的每个表面上的碳化硅层的涂敷材料的甲基三氯硅烷，该容器管线用于将所述混有涂敷材料的气体经由连接于反应容器的气体入口管导入流化床反应容器，该甲基三氯硅烷供给管用于将含甲基三氯硅烷的所述混有涂敷材料的气体从所述蒸发池供给至所述容器管线，所述蒸发池具有位于气体入口管上方位置的气体出口，且该甲基三氯硅烷供给管至少在从所述蒸发池气体出口到其与容器管线的合流部之间的范围内向下放置。

19、根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述甲基三氯硅烷供给管放置为在近乎垂直方向内延伸。

20、根据权利要求18所述的装置，其特征在于，甲基三氯硅烷供给管与容器管线之间的合流部包括与用于供给氢气的氢气供给管线连通以在反应容器中流化燃料核的收集管，该收集管位于低于蒸发池气体出口并高于气体入口管的位置处。

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