DE1808550A1

DE1808550A1 - Duese zur Zufuehrung von Gasen zur Beschichtung von Brennstoff- oder Brutstoffkernen in einem Fliessbett

Info

Publication number: DE1808550A1
Application number: DE19681808550
Authority: DE
Inventors: Dr Ernoe Gyarmati
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1968-11-13
Filing date: 1968-11-13
Publication date: 1970-06-04
Also published as: FR2027539A1; DE1808550B2; GB1281412A; DE1808550C3; BE741023A

Description

Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Düse zur Zuführung von Gasen zur Beschichtung von Brennstoff- oder Brutstoffkernen in einem Fließbett

Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zur Zuführung von Gasen, die zur Beschichtung von Kernbrennstoff oder Brutstoff kernen in einem Fließbett dienen, sowie der dazu erforderlichen Trägergase,

Brennstoff- oder Brutstoffkerne mit einem Durchmesser von einigen 100 M werden mit einem geeigneten Stoff beschichtet, um das Austreten von Spaltstoffen zu verhindern. Nach einem bekannten Verfahren wird die Beschichtung in einer aus den Brennstoffkernen oder den Brutstoffkernen und zur Pyrolyse geeigneten Gasen, wie Methan, Azetylen, Propan, Propylen, Chlormethylsilan, Molybdän-V-Chlorid oder dergleichen sowie geeigneten Trägergasen, wie Argon, Helium, Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder dergleichen mittels eines Fließbettes gebildeten Wirbelschicht vorgenommen. Die Reaktionstemperatur liegt dabei zwischen 1000° und 2200°C. Das Fließbett besteht aus einem doppelwand!gen, wassergekühlten, vorzugsweise widerstands- oder induktivbeheizbaren zylinderförmigen Gefäß, in dem ein iieaktions- oder Fließbettrohr angeordnet ist. Die Wirbelschicht wird im Fließbettrohr gebildet, daher besteht das Fließbettrohr

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je nach der Temperatur, bei der die Pyrolyse ablaufen soll, aus Quarzglas oder aus Graphit. Die zur Pyrolyse erforderlichen Gase einschließlich des gegebenenfalls zur Verdünnung erforderlichen Trägergases werden dem Fließbett durch eine Düse zugeführt; dabei muß das eingeführte Gas mittels der Düse so verteilt werden, daß die Brennstoff- oder Brutstoffkerne in zirkulierender Bewegung um die Längsachse des Reaktionsrohres gehalten werden, damit alle Brennstoff oder Brutstoffkerne gleichmäßig beschichtet werden.

Es sind verschiedene Ausbildungsformen von Düsen bekannt. So ist beispielsweise eine Düse bekannt, die in Form einer Kapillare in das im unteren Teil im allgemeinen kegelförmig ausgebildete Fließbettrohr einmündet. (Melvin F. Browning, Dale A. Vaughan, Joseph F. Dettore, John M.Blocher jr. Characterisation of pyrolytic-carbon fuel particles coatings prepared with acetylene, Battelle Memorial Institute, Rep,-Nr. BMI-1735, 1965, Al, A2) Bekannt ist es auch, als Düse ein Rohr zu verwenden, das nach Art eines Kugelschliffs am kegelförmigen Ende des Fließbettrohres angeschlossen ist. Düsen mit einer einzigen Öffnung haben jedoch den Nachteil, daß bei höheren Beschichtungstemperatüren sich an der kegelförmigen Wandung des Fließbettrohres Abscheidungen bilden, durch die das Fließverhalten stark beeinträchtigt wird und die gelegentlich sogar Verstopfungen der Düse verursachen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind auch bereits Düsen entwickelt worden, bei denen mehrere Öffnungen vorgesehen sind ι Dabei besteht die Düse nach einer bekannten Ausführung aus einem Molybdänrohr mit spitz zulaufendem Ende, das für die Zuführung von Trägergas und Beschichtungsgas dient, wobei konzentrisch in dem kegelförmigen Teil des Fließbettrohres Bohrungen angeordnet sind, durch die ein inertes Gas - zweck-

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Alle bisher beitannten Dtlsen wurden aus Metallen mit einem hohen Schmeis^punict, wie Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal oder dergleichen, hergestellt. Die Verwendung dieser Metalle hat zwar den Vorteil, daß die Düsen große mechanische Festigkeit aufweisen. Der Nachteil bei der Verwendung dieser Metalle besteht jedoch darin, daß die Metalle infolge der Karburierung durch abgeschiedenen Kohlenstoff spröde werden. Außerdem werden die Dösen durch die bei der Karburie-

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ORIGINAL INSPSCTED

rung entstehenden Verbindungen verstopft. Weitere Nachteile sind die verhältnismäßig hohen Bearbeitungskosten und der hohe Preis für den verwendeten Werkstoff selbst»

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung von Graphit als Werkstoff für die zur Beschichtung verwendete Düse. Die Verwendung von Graphit hat den Vorzug, dieser Werkstoff auch bei sehr hohen Temperaturen verwendbar ist, ohne daß Veränderungen des Materials eintreten. Sehr vorteilhaft ist ferner, daß bei aus Graphit gefertigten Dösen eine Pyrolyse des Bescliichtungsgases vor de» Austritt nicht

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auftrat. Die leichte Bearbeitbarkeit und der niedrige für Graphit habeu&tis· Folge, daß die Kosten' für ela© der Erfindung erheblich niedriger sind„ als die Kosten der bisher bekannten Düsea_e Es hat sich ferner gezeigt, da'ß trotz.- -Verwendung bei hohen Temperaturen über Magere Zeiträume die Düse gemäß der Erfindung ©ine höbe Lebensdauer aufwies» Die Lebensdauer der Düse gemäß der Erfindung läßt sich dadurch noch erheblich verlängern,, daß die Düse «it pyrolytisch«» Kohlenstoff beschichtet wird» Statt-"dessen oder daneben ist es auch vorteilhaft, die Düse mit Siliciumcarbid, Zirtoncarbid und/oder Borcarbid zu beschichten. Diese Maßnahme trägt gleichfalls zur Erhöhung der Lebensdauer bei«,

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben» Es zeigen

Fig« 1 einen Querschnitt durch eine Düse mit

zentraler Führung und konzentrisch dazu angeordneten Zuführungen für einen Teil des Trägergasesj

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Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Düse mit zentraler Führung und konzentrisch dazu angeordneten Zuführungen für einen Teil des Trägergases.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht eine sehr zweckmäßige Ausführungsform der Düse gemäß der Erfindung darin, daß die an dem konischen Teil 1 des Fließbettrohres angeschlossene Düse als zentrale Führung für das zur Pyrolyse bestimmte Gas und ein Teil des Trägergases ein aus Graphit bestehendes Rohr 2 aufweist, das an der Übergangsstelle zu dem kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres einen Kranz 3 aufweist. An der Außenwandung des Graphitrohres 2 ist ein Feingewinde 4 vorgesehen, durch das das Graphitrohr 2.in einer mit dem kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres verbundene Ringspaltstell- ' kappe 5 herkömmlicher Bauart ebenfalls aus Graphit in seiner Längsrichtung verstellbar verbunden ist. Dadurch ist der von der Ringspaltstellklappe 5 und dem oberen Teil des Graphitrohres 2 mit dem aufsitzenden Kranz 3 gebildete Spalt 6 verstellbar, so daß die über die in der Außenwandung des Graphitrohres vorgesehenen Nuten 7 zugeführte Menge an Trägergas regelbar ist. Bei einem Außendurchmesser von 10 mm, einer Länge von 30 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm besaß die Düse gemäß der Erfindung trotz hoher Beanspruchung eine hohe Lebensdauer.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Düse gemäß der Erfindung ist das in den kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres einmündende Graphitrohr 2 mit Abstand in einem mit dem kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres verbundenen Rohr 5a so angeordnet, daß zwischen dem Graphitrohr 2 und dem an das Fließbett angeschlossenen Rohr 5a ein Ring-

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spalt 8 gebildet wird. Die Wandung des in den kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres hineinragende Teil des Graphitrohres 2 ist doppelkegelförniig so erweitert, daß durch Verschieben des Graphitrohres 2 der Ringspalt 3 zwischen dem kegelförmigen Teil 1 des Fließbettrohres und dem an den zylinderförmigen Teil des Graphitrohres anschließenden Kegel der doppelkegelförmigen Erweiterung 9 des Rohres veränderbar ist. Dadurch ist auf einfache V/eise die Zuführung des Trägergases regelbar. Auch diese Ausführungsform der Düse gemäß der Erfindung weist bei starker Beanspruchung eine lange Lebensdauer auf.

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Claims

Patentansprüche

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1, Düse zur Zuführung von Gasen zur Beschichtung von Brennstoff- oder Brutstoffkernen in einem Fließbett und der dazu erforderlichen Trägergase, gekennzeichnet durch die Verwendung von Graphit als Werkstoff,

2, Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet ist,

3, Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichne t, daß die Düse mit Silicium-

carbid, Zirkoncarbid und/oder Niobcarbid beschichtet ipt.

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