DE2158734C3

DE2158734C3 - Ofen zum Umhüllen von Teilchen bei hoher Temperatur

Info

Publication number: DE2158734C3
Application number: DE2158734A
Authority: DE
Inventors: Hermann Jakob Dipl.-Ing. Travedona Varese Flamm (Italien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1970-11-27
Filing date: 1971-11-23
Publication date: 1980-09-25
Also published as: GB1324228A; DE2158734A1; NL7017380A; LU64338A1; BE775132A; IT944987B; NL167537C; FR2116119A5; NL167537B; DE2158734B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen zum ladungsweisen Umhüllen von Teilchen in einem Fließbett bei hoher Temperatur.

Hitzebeständige Umhüllungen werde im allgemeinen bei Brennstoffteilchen für Kernreaktoren verwendet Sie bestehen oft aus pyrolytischem Kohlenstoff oder Siliziumkarbid und werden auf die Teilchen in Ofen von mehr oder weniger zylindrischer Form aufgebracht, die ladungsweise bei Temperaturen des Fließbettes von 1200⁰C bis 2200⁰C arbeiten. Die erforderliche Wärme wird erzielt mit Hilfe von Graphit-Widerstandserhitzern, die mit normalem oder Drehstrom arbeiten und den Reaktor oder die Kolonne für das Fließbett umgeben, wobei sie an wassergekühlte Stromanschlüsse angeschlossen sind. Zum Vermeiden einer Zersetzung von Reaktionsgasen (Kohlenwasserstoffe, Methylirichlorsilan) werden auch die Gaszuführungsleitung oder der Gasverteiler mit Wasser gekühlt.

Bei einer Maßstaberweiterung dieser Fließbetten stellen sich Probleme wie Wärmegefälle und Wärmeverluste durch Strahlung. Bei bekannten Fließbettdurchmessern von ca. 150 mm werden bereits Leistungen in der Größenordnung von 100 bis 150 kW benötigt, um zu vernünftig kurzen Erhitzungszeiten zu gelangen. Da bereits an Fließbettdurchmesser bis zu 250 mm gedacht wird, um zu einer wirtschaftlich vertretbaren Produktion von umhüllten Teilchen zu gelangen, stellt sich die Aufgabe, ein System zu entwickeln, bei welchem Verluste möglichst weit verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Ofen, der aus einer Reaktionskammer aus Graphit und einem um sie herum konzentrisch angeordneten, durch unmittelbaren Stromdurchgang beheizbaren Graphitwiderstandserhitzer besteht, dadurch möglich, daß die Reaktionskammer durch Einschluß in den Heizstromkreis direkt beheizbar ist. Dies kann erfolgen, indem die Graphitreaktionskammer auf einander gegenüberliegenden Seiten mit wassergekühlten Stromanschlüssen von massiver Aus

führung versehen wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines

Ofens nach der Erfindung dargestellt, mit welchem in der Praxis gute Ergebnisse erzielt wurden. Die beigefügte Zeichnung stellt einen Schnitt durch einen Ofen nach der Erfindung dar.

Zentral in diesem Ofen befindet sich ein innerer Graphitwiderstandserhitzer mit einer Reaktionskammer 1, die in der Mitte vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist und deren Enden sich konisch verjüngen. Ein Ende ist offen, während, das andere Ende zu einem zylindrischen Körper verstärkt ist, in welchem zentral eine Gaszuführung 9 angebracht ist Diese Gaszuführung läßt sich mit Hilfe von Kühlkreisläufen mit Zu- und

is Abführung S kühlen. Die Reaktionskammer ist mit ehiem Stromanschluß 3 über einen Block 5 elektrisch leitend verbunden, der ebenfalls gekühlt werden kann. Konzentrisch um die Reaktionskammer 1 herum ist ein vorzugsweise zylindrisch ausgebildeter äußerer Graphitwiderstandserhitzer 2 angeordnet Dieser Graphitwiderstandserhitzer ist mit einem Stromanschluß 4 über einen Block 6 elektrisch leitend verbunden, der ebenfalls gekühlt werden kann. Die Blöcke 5 und 6 sind durch Isoliermaterial 7 gegeneinander isoliert Die Reaktionskammer 1 hat in Nähe ihres offenen Endes elektrischen Kontakt mit dem äußeren Graphitwiderstahdserhitzer 2. Dieser Kontakt ist vorzugsweise ein elastischer oder gleitender Kontakt, so daß bei Erhitzung infolge unmittelbaren Stromdurchgangs der Kontakt bestehen bleibt, und zwar auch dann, wenn sich die Reaktionskammer 1 stärker oder weniger stark ausdehnt als der Graphitwiderstandserhitzer 2. Man erhält einen guten Gleitkontakt wenn in dem Graphitwiderstandserhitzer 2 an seiner Oberseite ein oder mehrere Schlitze in Längsrichtung ausgebildet sind. In der Zeichnung ist dies dadurch veranschaulicht daß der obere Teil links von 2 nicht schraffiert ist Die Wandstärken von Reaktionskammer und äußerem Graphitwiderstandserhitzer werden vorzugsweise so gewählt, daß der zylindrische Mittelabschnitt der Reaktionskammer infolge unmittelbaren Stromdurchgangs am stärksten erhitzt wird. Die Reaktionskammer und der Graphitwiderstandserhitzer sind von einem vorzugsweise zylindrisch und doppelwandig ausgebildeten Außenmantel 10 umgeben, der bei doppelwandiger Ausführung mit Hilfe der Kühlkreisläufe 8 kühlbar ist. Der Raum zwischen dem Außenmantel 10 und dem Graphitwiderstandserhitzer 2 ist vorzugsweise mit einem wärmeisolierenden Material beispielsweise mit

»ο Graphitfilz 11 ausgefüllt Der Ofen ist auf einer Seite durch die Blöcke 5 und 6 und auf der anderen Seite durch einen an den Kühlkreislauf 8 angeschlossenen Deckel 12 verschlossen, in welchem zentral eine durch ein Schauglas 13 verschlossene Öffnung 14 vorgesehen ist, durch die hindurch der Ofen beschickt und entleert werden kann. Zwischen dem offenen Ende der Reaktionskammer 1 und dem Deckel 12 befindet sich ein Raum 15 für Abgase, die über die Abführleitung 16 abgesaugt werden können. In der Seitenwand des Mantels 10 befindet sich eine Beobachtungsöffnung 17 zur Temeraturüberwaehung=

Der Ofen wird senkrecht aufgestellt benutzt. Die zu umhüllenden Teilchen werden über die Öffnung 14 eingebracht und durch einen Gasstrom über die

h> Zuführungsleitung 9 in Fließzustand gebracht. Das Beheizen des Ofens erfolgt durch unmittelbaren Stromdurchgang durch den Graphitwiderstandserhitzer 2, die Reaktionskammer und den inneren Graphitwider-

standserhitzer 1, Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, können nach bekannten Verfahren durch eine bestimmte Zusammensetzung des zugeführten Gases UmhüJlungsschichten beispielsweise aus Kohlenstoff, Siliziumkarbid und dergleichen auf die Teilchen aufgebracht werden. Nach Beendigung des Verfahrens werden die Teilchen beispielsweise durch Absaugen aus dem Ofen entfernt

Der Ofen nach der Erfindung kann besonders einfach und robust gebaut werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Zeichnung bildet der äußere Graphitwiderstandserhitzer eine Art Wärmeschild, mittels dessen sich Wärmeverluste aus der Reaktionskammer stark herabsetzen lassen. Durch Einschalten der Reaktionskammer in den Stromkreis wird der elektrische Widerstand im Vergleich zu den üblichen öfen fast verdoppelt, während trotzdem die Vorteile (Festigkeit) eines zylindrischen Körpers erhalten bleiben. Außer reinem Graphit als Baumaterial kann man natürlich auch in Graphit eingebettetes Graphitgewebe oder Graphittuch als Baumaterial verwenden. Der Ofen kann auch am Dreiphasendrehstrom angepaßt werden, wobei der Gleitkontakt an der Oberseite der Reaktorkammer dann als »Sternpunkt« dienen kann.

Es wurde ein Ofen gemäß der Zeichnung gebaut mit einem Durchmesser des Fließbettes von 82 mm, d. h. der Innendurchmesser der Reaktorkammer 1 betrug in ihrem zylindrischen Teil 82 mm. Ungefähr 60% der benötigten Wärme erhielt man mit Hilfe der Reaktionskammer und ungefähr 40% mit Hilfe des äußeren Graphitwiderstandserhitzers. Dieser Ofen wurde in seinen Leistungen mit einem üblichen Ofen mit einem Kolonnendurchmesser für das Fließbett von 55 mm Innendurchmesser verglichen. Bei diesem bekannten Ofen war ein äußerer koaxialer Graphiterhitzer mit einem Innendurchmesser von 70 mm vorgesehen.

Dieser bekannte Ofen war außerdem in gleicher Weise thermisch abgeschirmt und paßte in den gleichen Außenmantel hinein wie der nach der Erfindung. Unter Berücksichtigung des Unterschiedes im effektiven Fließbettquerschnitt beider Systeme (23,6 bzw. 52,8 cm²)

ίο konnte ermittelt werden, daß sich mit dem Ofen nach der Erfindung zum Erreichen der gleichen Fließbettemperatur im Vergleich zu dem üblichen Ofen etwa 50% an Energie einsparen ließ. In der nachstehenden Tabelle ist das in Zahlen ausgedrückt Die Ziffer 1 bezieht sich auf den bekannten Ofen, die Ziffer 2 auf den Ofen nach der Erfindung. Die Temperatur wurde jeweils in der Mitte der Reaktionskammerwand gemessen.

Tabelle

Leistungsaufnahme	Temperatur
	Ofen i
(kW)	CC)
25 33
6,0	900
7,5	98C
10,0	1150
12,0	1300
JO 14,0	1425
20,0	1600
25,0	1800

Temperatur
Ofen 2

(⁰C)

900
1220
1350
1675
1875
2075

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ofen zum ladungsweisen Umhüllen von Teilchen in einem Fließbett bei hoher Temperatur, der aus einer Reaktionskammer aus Graphit und einem um sie herum konzentrisch angeordneten, durch unmittelbaren Stromdurchgang beheizbaren Graphitwiderstandserhitzer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) durch Einschluß in den Heizstromkreis direkt beheizbar ist

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer auf einer Seite elekrisch leitend auf einem mit einem elektrischen Anschluß (3) versehenen kühlbaren Block (5) ruht und auf der anderen Seite mit Hilfe eines Gleitkontaktes elektrisch leitend mit dem Graphitwiderstandserhitzer (2) verbunden ist, der seinerseits mit einem von dem Block (5) isolierten, kühlbaren und mit einem elektrischen Anschluß (4) versehenen Block (6) elektrisch leitend verbunden ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Graphitwiderstandserhitzer (2) an seiner Oberseite in Längsrichtung ein oder mehrere Schlitze ausgebildet sind.