DE1224710B - Hochdruckofen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g - 2/01

Nummer: 1224710

Aktenzeichen: C 22679IV a/12 g

Anmeldetag: 5. November 1960

Auslegetag.· 15. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckofen für die Behandlung von Gegenständen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und hohen Drücken, der als einseitig geschlossener, an seinem offenen Ende durch ein Verschlußstück dicht abschließbarer Zylinder ausgeführt und zwischen zwei Widerlagern angeordnet ist, von denen eines eine durch ein Druckmedium betätigbare hydraulische oder pneumatische Druckvorrichtung enthält, die bei ihrer Betätigung den Ofenzylinder und das Verschlußstück zwischen den Widerlagern aneinanderdrückt.

Bei bekannten Hochdrucköfen der oben geschilderten Art ist das Verschlußstück ein mit einem Außenflansch versehener Abschlußdeckel, der durch eine größere Zahl von Spannschrauben an dem im Durchmesser verstärkten offenen Ende des Ofenzylinders festlegbar ist. Der durch den Abschlußdeckel verschlossene Ofenzylinder wird entweder zwischen ortsfeste Widerlager eingefügt, oder es wird ein Widerlagerrahmen über den Ofen gesetzt, worauf die in einem der Widerlager angeordnete Druckvorrichtung betätigt wird, um den Abschlußdeckel fest an den Ofenzylinder anzudrücken. Dadurch wird der von den Spannschrauben ausgeübte Dichtungsdruck verstärkt, oder die Spannschrauben werden entsprechend entlastet.

Wenn ein solcher Hochdruckofen zum Entleeren und erneuten Beschicken geöffnet werden soll, müssen nach dem Entlasten der Druckvorrichtung und Herausbringen des noch durch seinen Abschlußdeckel fest verschlossenen Ofens aus der Widerlageranordnung die Spannschrauben des Abschlußdeckels gelöst werden, damit der Deckel abgehoben werden kann. Nach dem Entleeren und erneutem Beschicken muß zunächst wieder der Abschlußdeckel festgeschraubt werden, ehe der Ofen zwischen seine Widerlager gebracht und sein Deckel durch die Druckvorrichtung fest angedrückt wird. Derartige Entleerungsund Beschickungsvorgänge bedingen jeweils einen großen Zeitaufwand und den Einsatz manueller Arbeit, die dann besonders erschwert ist, wenn der Ofen sich auf hoher Temperatur befindet.

Es sind auch topfförmige Druckbehälter bekannt, bei denen ein deckelartiges Verschlußstück gegen einen am offenen Ende des Druckbehälters angeformten Flansch über in Ausschnitte des Flansches einschwenkbare Zugpendel und mit einem Druckmedium beaufschlagbare Zugvorrichtung verspannt wird, die sich auf das Verschlußglied abstützen und die Zugpendel unter Spannung setzen. Die pneumatisch oder hydraulisch gespannten Zugvorrichtungen werden dann durch Festziehen von Muttern mecha-Hochdruckofen

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 7. November 1959 (809589)

nisch verriegelt. Wenn derartige Druckbehälter sehr hohen Drücken widerstehen sollen, müssen die auf Biegung beanspruchten Flansche und die Zugpendel

as sehr stark ausgeführt werden; das Öffnen und Schließen des Behälters bedingt auch hier das Betätigen bzw. Lösen der Verriegelungsmuttern und das Heraus- bzw. Hineinschwenken der Zugpendel in die Flanschausschnitte als zusätzliche Arbeitsgänge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochdruckofen der eingangs geschilderten Art derart auszubilden, daß seine Benutzung, insbesondere das Entleeren und erneute Beschicken, einfach ist und die Betätigungen für den Öffnungsvorgang, das Entleeren, das erneute Beschicken und der Verschließvorgang gegebenenfalls ferngesteuert werden können, was insbesondere für die Behandlung radioaktiven oder strahlenden Materials in Frage kommt, das nur in Strahlungsschutzzellen, beispielsweise mit ferngesteuerten Manipulatoren, behandelt werden darf.

Der erfindungsgemäße Hochdruckofen für die Behandlung von Gegenständen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und hohen Drücken, der als einseitig geschlossener, an seinem offenen Ende durch ein Verschlußstück dicht abschließbarer Zylinder ausgeführt und zwischen zwei Widerlagern angeordnet ist, von denen eines eine durch ein Drückmedium betätigbare hydraulische oder pneumatische Druckvorrichtung enthält, die bei ihrer Betätigung den Ofenzylinder und das Verschlußstück zwischen den Widerlagern aneinanderdrückt, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Druckvorrichtung

609 660/408

3 4

ein Rückführsystem zugeordnet ist, welches das gehalten, der mittels einer Reihe von Schrauben 14 an Druckorgan der Druckvorrichtung in seine Rückzugs- dem Widerlager 7 festgeschraubt ist. Die Dichtungslage bringt, wenn keine Speisung mit Druckmedium büchsen 10 werden in ihrer Lage innerhalb einer Auserfolgt, und der Ofenzylinder mit Hilfe eines aus nehmung an einer Schulter des Widerlagers 7 durch Schienen und Rollen bestehenden Bewegungssystems 5 die Schraube 15 festgelegt, die ihrerseits eine zentrale seitlich aus dem Raum zwischen den Widerlagern Bohrung aufweist, in der die Kolbenstange 5 gleiten ausfahrbar ist. ' " kann. An der Kopfseite des Kolbens 4 ist eine runde

Das Verschließen des Ofenzylinders erfolgt ledig- Platte 16 mit zahlreichen Schrauben 17 festgelich durch Aneinanderdrücken des Zylinders und schraubt, von denen nur eine dargestellt ist. Diese seines Verschlußstückes mittels der Druckvorrichtung, io runde Platte 16 dient als thermische Abschirmung die es gestattet, zwischen dem Zylinder und dem und hat zu diesem Zweck eine Spiralnut 18, durch deckelartigen Verschlußglied einen konstanten und die ein Kühlmittel geschickt werden kann. Der Vereinstellbaren Dichtungsdruck aufrechtzuerhalten, schlußdeckel 3 des erfindungsgemäßen Ofens ist seiganz unabhängig davon, welche Formänderungen in- nerseits an dieser Platte 16 mit mehreren Schrauben folge der Temperatur und des Druckes in dem Ofen 15 festgeschraubt, von denen ebenfalls nur eine auftreten. Nach Beendigung der Heiz- und Druck- (Schraube 19) dargestellt ist.

behandlung wird nur der Druck in der Druckvor- An der Kolbenstange 5 ist eine elastische Rückrichtung weggenommen, durch die Wirkung des führvorrichtung vorgesehen, die bei dem dargestellten Rückführsystems wird der inzwischen ebenfalls vom Ausführungsbeispiel aus mehreren elastischen Teller-Innendruck entlastete Ofen frei, so daß er sofort seit- 20 federn 20 besteht, die sich einerseits auf dem Kopf Hch ausgefahren werden kann, um entleert und gege- der Schraube 15 und andererseits über die Ringhülse benenf alls erneut beschickt zu werden. 21 auf dem Schraubenkopf 22 der Kolbenstange 5

Besonders einfach wird die Handhabung und Be- abstützen.

Schickung des erfindungsgemäßen Hochdruckofens, Der Verschlußdeckel 3 wird durch eine Gleitfüh-

wenn das Verschlußstück an dem beweglichen Druck- 25 rung 23 geführt und gestützt, die im unteren Teil der

glied der Druckvorrichtung festgelegt ist; dann wird Vorrichtung angeordnet ist; der Verschlußdeckel

der Ofen bereits beim Zurückziehen des Druckorgans enthält die Zuführleitung 24 zum Erzeugen des Über-

der Druckvorrichtung geöffnet, und es wird nur der druckes in dem Ofen, deren äußeres Ende mit der

geöffnete Ofenzylinder aus dem Raum zwischen den Druckleitung 25 und der Ausdehnungskammer 26

Widerlagern ausgefahren, um ihn in seine Be- oder 30 (Fig. 2) verbunden ist.

Entladestellung zu bringen, in der sein Innenraum für Um bei dieser soeben beschriebenen Vorrichtung

Ent- und Belademechanismen zugänglich ist. das Schließen des Deckelverschlusses 3 des Ofens zu

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsge- bewirken, genügt es, über die Leitung 27 durch ein

mäßen Hochdruckofens ergeben sich aus der Be- hydraulisches oder pneumatisches Medium einen ge-

schreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der 35 nügend hohen Druck auf den Kolben 4 auszuüben.

Zeichnung veranschaulicht ist. Es zeigt Der Ofen wird von innen her mittels elektrischer

Fig. 1 eine zur Hälfte im Schnitt dargestellte Widerstände28 beheizt, die längs seiner inneren

Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hochdruck- Mantelfläche angeordnet sind. Der Ofenzylinder 1 ist

ofens, außen mit einer Wärmeisolation 29 umgeben; die

Fig.2 eine Aufsicht auf den Ofen gemäß Fig. 1, 40 Masse des Ofenzylinders dient also als Wärmespei-

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Verschluß- eher, was sich bei der Temperaturregelung auswirkt, vorrichtung des Ofens gemäß Fig. 1, die den zu Der Ofen ist außerdem mit Thermometerfühlern ausöffnenden Deckelverschluß und die hydraulische bzw. gestattet, die in an sich bekannter Weise benutzt pneumatische Druckvorrichtung zeigt, welche zur werden können.
Betätigung dieses Verschlusses dient. 45 Das rückwärtige, geschlossene Ende des Ofenzy-

Der als Beispiel der Erfindung in der Zeichnung linders 1 stützt sich auf das zweite Widerlager 30 der dargestellte Ofen besteht aus einem starkwandigen hydraulischen Druckvorrichtung; die beiden als Zylinder 1 aus Stahl mit hoher Wärmefestigkeit. Querhäupter ausgebildeten Widerlager 7 und 30 sind Dieser Zylinder 1 ist an einem Ende durch ein Bo- fest über Zuganker 31 miteinander verbunden. Zwidenstück 2 geschlossen und kann an seinem anderen, 50 sehen dem rückwärtigen geschlossenen Ende des offenen Ende mit Hilfe eines Verschlußstückes bzw. Ofens und dem Widerlager 30 liegt ein an das Widereines Verschlußdeckels 3 abgeschlossen werden, der lager angesetztes Druckstück 32, das duich eine aus einem ähnlichen temperaturfesten Stahl besteht Glimmerlage — die nicht dargestellt ist — seinerwie der Zylinder 1 und dessen Verriegeln oder Fest- seits isoliert ist. Man kann gegebenenfalls auch an halten in der Verschlußstellung mit HiMe einer hy- 55 dieser Stelle eine Kühlung vorsehen, um an dem Widraulischen oder pneumatischen Druckvorrichtung derlager 30 eine genügend niedrige Temperatur zu erfolgt, deren Kolben 4 mit seiner Kolbenführungs- halten.

stange 5 in Richtung der Längsachse des Ofens ange- Der eigentliche Rohrofen ist auf Kugellagerrollen

ordnet ist. Der Druckzylinder der Druckvorrichtung 33 gelagert, die in zwei Schienen 34 geführt werden,

wird durch eine Bohrung 6 in dem Widerlager 7 für 60 Damit der Ofen zwischen das Widerlager 30 und

die Druckvorrichtung gebildet. Die Kolbenstange 5 seinen Deckelverschluß 3 eingefahren werden kann,

ist mit ihrem Gewindezapfen 8 in den Kolben 4 ein- ohne daß unerwünschte Reibungen an diesen Teilen

geschraubt. Die Führung des Kolbens 4 der Druck- auftreten, sind die Rollen 33 in ihren Halterungen in

vorrichtung und seiner Kolbenstange 5 erfolgt mit axialer Richtung elastisch gelagert.

Hilfe von Dichtungsbuchsen 9 und 10 sowie Dich- 65 Die Bewegung des Ofens zwischen den beiden

tungen 11 und 12, die bei dem Ausführungsbeispiel Widerlagern der hydraulischen Druckvorrichtung er-

Lippendichtungen sind. Die Dichtungsbuchsen 9 folgt mit Hilfe einer Druckluftbetätigungsvorrichtung

werden durch den Druckring 13 in ihrer Stellung 35, die eine Stange 36 bewegt.

Die F i g. 2 der Zeichnung zeigt die gesamte Anordnung in derjenigen Stellung des Ofens, in der er beschickt oder entleert werden kann. Dabei liegt der zylindrische Ofen 1 außerhalb der hydraulischen Druckvorrichtung; er wird durch seine Rollen 33 auf den Schienen 34 gehalten. Nach dem Beschicken des Ofens wird die Druckluftvorrichtung 35 betätigt; diese zieht über die Stange 36 den Ofen in die Stellung zwischen den Widerlagern der hydraulischen Druckvorrichtung, in der er in F i g. 1 dargestellt ist. Sodann wird der Deckelverschluß 3 des Ofens mit Hilfe des Kolbens 4 hydraulisch oder pneumatisch dicht geschlossen. Nachdem der Ofen auf diese Weise in seine Betriebsstellung gebracht worden ist, werden die Heizwiderstände 28 eingeschaltet und das Innere des Ofens unter den jeweils gewünschten Druck gesetzt.

Wenn die gleichzeitige Druck- und Wärmebehandlung beendet ist, wird ein nicht dargestelltes Abblasventil geöffnet, und die in dem Ofen enthaltene Luft strömt nach ihrem Entspannen in der Ausdehnungsoder Entspannungskammer 26 nach außen ab. Nach Verschwinden des Überdruckes wird der Deckelverschluß 3 durch Wegnehmen des hydraulischen oder pneumatischen Druckes auf den Kolben 4 entriegelt, worauf das Zurückziehen des Kolbens unter der Wirkung der elastischen Rückführungsvorrichtung (Tellerfedern 20) erfolgt. Der so geöffnete Ofen kann dann in die Entladestellung gemäß F i g. 2 gebracht werden, indem man die Druckluftvorrichtung 35 betätigt.

Der erfindungsgemäße Hochdruckofen erweist sich als sehr nützlich für die Durchführung sämtlicher Behandlungen oder Arbeitsvorgänge, bei denen gleichzeitig ein hoher Druck und eine hohe Temperatür angewendet werden müssen. Insbesondere ist der Ofen für das Ummanteln von als Brennstoffelemente für Kernreaktoren zu verwendenden Uranstäben mit hohem Druck geeignet. Bei einer beispielsweisen Ausführung des erfindungsgemäßen Ofens gestattet der zylindrische Ofen, der einen Rauminhalt von 170 dm³ aufweist, das gleichzeitige Aufpressen der Ummantelungen auf zwölf Brennstoffelemente aus spaltbarem Material. Die Elemente mit ihren Hüllen werden kalt in den Ofen hineingegeben. Sie werden während 40 Minuten bis zu einer Temperatur von ungefähr 400° C erwärmt, und der Druck im Inneren des Ofens erreicht am Schluß der Behandlung einen Wert von 400 kg/cm². Unter diesen Betriebsbedingungen muß der Kolben 4 der hydraulischen oder pneumatischen Druckvorrichtung auf den Deckelverschluß 3 einen Druck von 600 t ausüben, um einen einwandfreien Abschluß zu erzielen.

Es dürfte selbstverständlich sein, daß die Erfindung nicht durch die soeben beschriebene Ausführungsform in irgendeiner Weise begrenzt wird; sie kann in unterschiedlichen Ausführungsvarianten zur Anwendung kommen. So kann insbesondere der Ofen — statt auf horizontalen Schienen verschoben zu werden — auf geneigten Schienen laufen, bei denen er in die Ent- und Beladestellung unter dem Einfluß der Schwerkraft, d. h. von selbst, gelangt. Der Ofen könnte außerdem vertikal angeordnet werden, wobei seine Verschiebung aus der Druckvorrichtung heraus in entsprechender Weise durchgeführt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung liegt die hydraulische Druckvorrichtung mit ihrem wirksamen Druckteil an demjenigen Ende des Ofens, das der Zugangsöffnung des Ofenrohrs gegenüberliegt. Auf diese Weise erreicht man das Schließen des Deckelverschlusses, indem man den Ofen gegen seinen Deckelverschluß drückt, der dann seinerseits an dem ersten Widerlager der Druckvorrichtung fest angeordnet ist. Eine derartige Einrichtung bringt den Vorteil, daß man die Anordnung für die Speisung des Ofens mit Gas unter Überdruck vereinfachen und die Gleitführungen 23 für den Verschlußdeckel einsparen kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hochdruckofen für die Behandlung von Gegenständen unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und hohen Drücken, der als einseitig geschlossener, an seinem offenen Ende durch ein Verschlußstück dicht abschließbarer Zylinder ausgeführt und zwischen zwei Widerlagern angeordnet ist, von denen eines eine durch ein Druckmedium betätigbare hydraulische oder pneumatische Druckvorrichtung enthält, die bei ihrer Betätigung den Ofenzylinder und das Verschlußstück zwischen den Widerlagern aneinanderdrückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckvorrichtung ein Rückführsystem (20,21, 22) zugeordnet ist, welches das Druckorgan (4, 5, 16) der Druckvorrichtung (6, 4, 5) in seine Rückzugslage bringt, wenn keine Speisung mit Druckmedium erfolgt, und der Ofenzylinder (1) mit Hilfe eines aus Schienen (34) und Rollen (33) bestehenden Bewegungssystems (33, 34, 35, 36) seitlich aus dem Raum zwischen den Widerlagern (7, 30) ausfahrbar ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführsystem aus konischen Tellerfedern (20) besteht, die zwischen einer durch das Widerlager (7) hindurchragenden Kolbenstange (5) der Druckvorrichtung und diesem Widerlager eingefügt sind.

3. Ofen nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (33) des Bewegungssystems derart angeordnet sind, daß sie geringe Verschiebungen des Ofens (1) in Richtung seiner Achse während des Verschließens durch die Druckvorrichtung (4, 5, 6) gestatten und auch die unterschiedlichen, auf die Erwärmung oder Abkühlung zurückführenden Temperaturdehnungen aufnehmen können.

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußstück

(3) des Ofens an dem beweglichen Druckglied

(4) der Druckvorrichtung befestigt und nur der Ofenzylinder (1) seitlich aus dem Raum zwischen den Widerlagern (7, 30) ausfahrbar ist.

5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die seitliche Verschiebung des Ofens bzw. des Ofenzylinders (1) eine hydraulische oder pneumatische Druckvorrichtung (35, 36) vorgesehen ist.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (33) des Bewegungssystems in an dem Ofenzylinder (1) sitzenden Traghalterungen über ein elastisches System gelagert sind, das Verschiebungen kleiner Amplitude des Ofens in Richtung seiner Achse

während des Abschließens und Öffnens des Ofens gestatten.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (28) zur Beheizung des Ofens an den Ofeninnenwänden angeordnet und eine Wärmeisolierung (29) an der

Außenseite des aus Stahl bestehenden, eine große Masse bildenden Ofenzylinders (1) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2519770, 2538 089.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 660/408 9.66 © Bundesdruckerei Berlin