DE1907488U

DE1907488U - Hochtemperatur-ofen.

Info

Publication number: DE1907488U
Application number: DEE17238U
Authority: DE
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1962-09-27
Publication date: 1964-12-31
Also published as: CH395368A; GB1014484A; BE622912A

Description

Europäische Atomgemeinschaft

(EUEATOM)

Brüssel (Belgien)

Hochtemperatur-Ofen

Die Neuerung betrifft einen Hochtemperatur-Ofen, der insbesondere für die Herstellung von einwandfrei kugelförmigen Teil chen aus einem feuerfesten Material verwendbar ist.

Der Neuerung liegt in erster Linie als Aufgabe die Gestaltung eines elektrischen Widerstandsofens zugrunde, bei dem das Widerstandselement unmittelbar aus einem Strom ionisierten Gases besteht, der in axialer Eichtung durch eine Keramikröhre, beispielsweise aus Tonerde, fliesst.

Dieser Ofen ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Quelle aus ionisiertem Gas oder Plasma, Mittel, die das Plasma von der Gasquelle aus auf eine durch die Innenwand einer Keramikröhre abgegrenzte Bewegungsbahn begrenzen, wobei Mittel, die zwischen zwei in geeignetem Abstand voneinander angeordneten Elektroden einen zum Erhöhen der Temperatur des Plasmas bestimmten elektrischen Strom fliessen lassen, und Mittel vorgesehen sind, die das Einbringen von Teilchen eines feuerfesten Materials in einem bestimmten Bereich der Bewegungsbahn des Plasmas bewirken.

Die Neuerung betrifft ausserdem ein Verfahren zur Verwendung des Hochtemperatur-Ofens nach der Neuerung, um .insbesondere eine kugelige Form aufweisende Teilchen zu erhalten, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Mitnahme dieser Teilchen in einem bestimmten Volumen ionisierten Gases von niedrigem Druck auf seiner Bewegungsbahn bewirkt, während der durch das Gas fliessende elektrische Strom die Erhöhung der Temperatur des Gases und das Schmelzen der Teilchen bewirkt.

Die Neuerung wird nachstehend anhand der beigefügten, beispielsweise jedoch nicht beschränkend eine Ausführungsform der Neuerung darstellenden Zeichnung, die in ihrer einzigen Figur einen Iiängsschnitt durch einen neuerungsgemäss hergestellten Hochtemperatur-Ofen veranschaulicht, näher erläutert»

Im dargestellten Beispiel sind der Ofen und seine Verwendungs« art besonders zur Erzielung von kugelförmigen Teilchen aus einer feuerfesten Substanz geeignet, deren Durchmesser etwa 100 //beträgt· Die üblicherweise auftretenden Schwierigkeiten zum Erzielen von Teilchen dieser Abmessung mit regelmässiger und etwa kugeliger Form, insbesondere, wenn das betreffende Material ein feuerfestes Material nach Art der Oxyde oder Karbide der metallischen Kernbrennstoffe ist, sind bekannt· Ausserdem ist bekannt, dass die mittels der bisher üblichen Verfahren erhaltenen Teilchen dieser Art im allgemeinen eine unregelmässige und rauhe Form haben, zerbrechlich sind und Risse aufweisen·

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Ueuerungsgemäss enthält der in der Zeichnung dargestellte Ofen eine Keramikröhre 1 _f die zwischen einem oberen Stutzen 2 und einem unteren Stutzen 3 senkrecht angeordnet ist, die durch Wasserumlauf zweckmässig gekühlt werden können und zwei stromführende Elektroden bilden. Die obere Elektrode 2 ist mit einem Metallflansch 4 fest verbunden, der einen Generator 5 für ionisiertes Gas oder "Plasma" trägt, dessen Leistung über 500 W liegt und dessen Anordnung so ist, dass er die unmittelbare Einbringung des Plasmas in das Innere der Röhre 1 zulässt. Im Inneren der unteren Elektrode 3 schliesst sich die Keramikröhre 1 an eine Röhre 6, Torzugsweise aus Kupfer, an, die an ihrem Ende 6a verschlossen ist, so dass sie ein bestimmtes Volumen eines eine geringe Dampfspannung aufweisenden Öles 7 enthalten kann·

Die untere Elektrode 3 ist mit einem unteren Metallflansch 8 fest verbunden» Zwischen den Flanschen 4 und 8 ist eine zur Röhre 1 koaxiale zweite Keramikröhre 9 angeordnet, die zwischen ihrer Innenwand und der Aussenwand der Röhre 1 einen ringförmigen Raum 10 definiert· Eine durch den unteren Flansch 8 hindurchführende leitung 11 ist an eine (nicht dargestellte) Pumpe angeschlossen, die die Herstellung eines Vakuums im Inneren des Raumes 10 ermöglicht, während das Innere der Röhre 6 über eine Entleerungsleitung 12 ebenfalls an eine Vakuumanlage angeschlossen ist·

Zum Bewirken der Einbringung der Teilchen aus feuerfestem

Material in das Innere des Arbeitsabschnittes der Röhre 1, d.h· des zwischen den Elektroden 2 und 3 liegenden Abschnitts, ist der obere Plansch 4 so aufgebohrt, dass ein Durchlass 13 für eine leitung 14 entsteht, die das Innere der Röhre 1 über ein Zulassventil 16 mit einem Teilchenbehälter 15 in Verbindung setzt· Der Behälter 15 ist so angeordnet, dass er mittels eines elektrischen Geräts 17 Schwingungen ausgesetzt werden kann, um über die Leitung 14 eine ständige Speisung mit Teilchen aufrechtzuerhalten·

Eine leitung 18 verbindet die Oberseite des Behälters 15 mit der Entleerungsleitung 12 in der Weise, dass beiderseits dieser beiden Teile und folglich im Inneren der Röhren 1 und 6 die Druckgleichheit gewährleistet ist·

Der vorstehend beschriebene Ofen hat folgende Arbeitsweises Zwischen den Kupferelektroden 2 und 3 wird eine Gleichspannung in der Grössenordnung von beispielsweise 100 V angelegt und unterhalten, wobei die untere Elektrode 3 die Anode und die obere Elektrode 2 die Kathode bildet» Der Plasmagenerator wird eingeschaltet· Sobald die Menge ionisierten Gases im Inneren der Röhre 1 ausreichend wird, fIiesst ein Strom durch das Gas von der Anode 3 zu der Kathode 2. Das Plasma bewegt sich im Inneren der Röhre zwischen den Elektroden von oben nach unten, indem es stetig durch die leitung 12 abgeführt wird·

Die Temperatur im Inneren der Röhre 1 steigt schnell an und erreicht unter den gegebenen Bedingungen etwa 1.500° Q. Es

ist klar, dass höhere Temperaturen erreicht werden könnten, wobei diese nur von der Art der verwendeten Stoffe und insbesondere von dem die Röhre 1 bildenden Stoff abhängig sind»

Die in dem Behälter 15 enthaltenen Teilchen, beispielsweise TJrankarbidteilchen, werden dann von dem Ventil 16 in das Innere der Leitung 14 eingelassen, so dass sie in die Röhre gelangen» Diese Teilchen fallen im Inneren der Röhre herab, indem sie das auf hohe Temperatur gebrachte Plasma durchqueren» Folglich erreichen sie leicht ihre Schmelztemperatur und nehmen somit die Form von kugeligen Tröpfchen an· Diese werden bei ihrer Ankunft im unteren Abschnitt der Röhre 6 und bei ihrem Eintauchen in das in der Röhre 6a enthaltene Öl 7 abgekühlt, so dass sie unter Beibehaltung ihrer Form erhärten»

Die Arbeitstemperatur des Ofens ist normalerweise durch die Temperatur "begrenzt, die die Röhr®· 1 gerade noch verträgt» Diese Röhre kann zweckmässigermse aus Tonerde für höchstens 2.000° G erreichende Temperaturen bestehen· Man kann jedoch höhere Temperaturen erhalten, indem man eine Röhre verwendet, die aus mehreren nicht wärmeleitenden feuerfesten Stoffen besteht, beispielsweise eine zusammengesetzte Röhre, die eine erste Hülle aus Thorit enthält, die im Inneren einer durch Wasser- oder Gasumlauf gekühlte äussere Hülle aus einem Silikat angeordnet ist»

Um jedoch diese Beschränkung zu umgehen und folglich sehr hohe

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Temperaturen zu erhalten, ist es zweckmässig, das gasförmige Plasma, beispielsweise mit Hilfe eines Magnetfeldes, in dem zentralen und axialen Bereich der Bohre abzugrenzen. Die Herstellung von kugelförmigen Teilchen aus feuerfestem Material gemäss den Anordnungen nach der vorstehend beschriebenen Neuerung vermeidet sonit eine Schwierigkeit, die den zum Erzeugen der Temperaturerhöhung dieser Teilchen einen Plasmasträhl verwendeten üblichen Geräten eigen ist« Bisher lag das Problem nämlich darin, die Teilchen in einer Zone zu halten, in der sich das Plasma auf einer ausreichenden Temperatur befand, und zwar während einer für ihre Schmelzung ausreichend langen Zeitdauer. Auf Grund der Neuerung wird die Hochtemperatur-Zone durch die Verwendung eines elektrischen Widerstandes entlang der Bewegungsbahn des Plasmas erheblich ausgedehnt. Polglich kann die Anfangsgeschwindigkeit dieses Plasmas erhe^_blich verringert werden, so dass der Zeitraum, in dessen Verlauf die Teilchen mit dem Gas in Berührung stehen, vergrössert wird.

Die Neuerung ist sebstverständlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt. Man kann daran zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vornehmen, ohne dass man dadurch den Bereich der Neuerung verlässt.

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PATENTANWALT MÜLLER-BÖRNER PATENTANWALT DIPL.-ING. WEY

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TELEFON 762907 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS TELEFON 22 55 85 ■ TELEGRAMME: PROPINDUS

E 17 258/21g Gm Berlin, den 13. November 1964

Europäische Atomgemeinschaft
(EURATOM),
Brüssel (Belgien)

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1· Hochtemperatur-Ofen zur Herstellung von kleinen kugelförmigen Teilchen aus Urankarbid oder ähnlichen keramischem Werkstoffen, gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Keramikrohr (1) zur Abgrenzung der Bewegungsbahn eines zwischen zwei ringförmigen Elektroden (2, 3) erzeugten Lichtbogens sowie durch eine Plasmaquelle (5), die konzentrisch zu dem Keramikrohr (1) an einem Ende desselben angeordnet ist, sowie eine unmittelbar unterhalb der Plasmaquelle (5) in das Keramikrohr (1) mündende Zuführleitung (13) für das Einbringen der zu behandelnden Teilchen aus Urankarbid oder anderem keramischen Werkstoff»

2* Ofen nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (2, 3) an. eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und ringförmig um. jedes der Enden der Keramik— röhre angeordnet sind·

3· Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden mit einem Kühlwasser- oder Kühlgasumlauf versehen sind»

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4· Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikröhre (1) an einer Vakuumanlage angeschlossen ist, und mit einer Leitung (12) zum Abführen des ionisierten Gases in Verbindung steht.

5. Ofen nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikröhre (1) aus Tonerde besteht.

6. Ofen nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikröhre von zusammengesetzter Bauart ist, die aus einer Innenhülle aus Thoriumsilikat besteht, die von einer zweiten durch Wasser- oder Gasumlauf gekühlten Hülle aus einem Silikat umgeben ist.

7. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfüllmittel (15, 16, 17) zum Einbringen der feuerfesten Teilchen eine leitung (I4) enthalten, die an einen vibrierenden Behälter (15) für konstante Teilchenabgabe angeschlossen ist.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikröhre (1) senkrecht angeordnet ist, wobei die Speisung mit feuerfesten Teilchen in der Nähe ihres oberen Endes erfolgt, während ihr unteres Ende an einen Kühlmittelbehälter (δ) angeschlossen ist, der öl

(7) von geringer Dampfspannung enthält.

9. Ofen nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen mit kugeliger Form die ionisiertes Gas von niedrtgem Druck enthaltende Röhre (1) durchfallen und dass zur Erhöhung der Temperatur des Gases und zum Schmelzen der Teilchen an die Elektroden (2, 3) an den Enden der Bohre (1) eine Stromquelle angeschlossen ist.

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