DE2353284A1

DE2353284A1 - Gasinjektor fuer einen fliessbettofen

Info

Publication number: DE2353284A1
Application number: DE19732353284
Authority: DE
Inventors: Hermann Jakob Dipl Ing Flamm
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1972-10-23
Filing date: 1973-10-22
Publication date: 1974-05-09
Also published as: NL7214327A; NL167608B; DE2353284C3; GB1418117A; BE805862A; DE2353284B2; LU68585A1; IT996321B; NL167608C; FR2203963B1; FR2203963A1

Description

Gasinjektor für einen Fließbettofen

Die Erfindung betrifft einen Gasinjektor für ©inen Fließbettofen, insbesondere für einen Ofen, der zum Umhüllen von Kernbrennstoff teilclxsn mit si'ner hitzebeständigen Schicht dient. Diese hitzebaständigen Schichten bestehen im allgemeinen aus pyrolytischem Kohlenstoff oder Siliciumcarbid und werden in Öfen bei Temperaturen von 1200° bis 2200. C auf die Teilchen aufgebracht» Die Art und Waise, in der die.Reaktionsgase in die Reaktionskammer des Ofens eingebracht- werden, ist ain wichtiger Faktor für die Qualität der aufgebrachten Schichten.

Die Reaktionskaminer hat gewöhnlich eins zylindrische Form, die an der Unterseite in einen pich konisch verjüngenden Teil übergeht. Unten in dem konischen Teil weist die Reaktionskammer eine runde Öffnung auf, durch die hindurch die Keaktionsgase in einem einzigen Strahl in die Rs akt ions kamm® r iiiasingeleitst werden können. Dies ist das einfachste Verfahren, die Reaktionsgase eintreten zu lassen. Die Nachteile dieses Verfahrens sind darin zu sehen, daß die sich nahe dem Hals der Reaktionskammer an den .Reaktorteilen ablagernden Schichten zu einer sehr beschränkten

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BERLIN: TELEFON (O3O) 8312O88 KABEL: PROPINDUS · TELEX O184O57

MÜNCHEN: TELEFON (08 11) 22 58 85 KABEL: PROPINDUS-TELEX OS 24244

Lebensdauer der Reaktorteile.und darüber hinaus zu einer dürftigen Beherrschung der chemischen Reaktionen sowie der Qualität der umhüllten Materialteilchen führen.

In dieser Hinsicht sind durch Gasinjektion mit doppelter Gasströmung, wie sie in der britischen Patentschrift Nr. 1 191 939 beschrieben ist, erhebliche Verbesserungen erzielt worden, Dennoch ist die Wirkung dieses Gasinjektortyps noch in einigen Hinsichten beschränkt. In erster Linie werden die Gaseigenschaften beim Verlassen des Injektors abhängige Variablen. Bei konstanter Öffnung,für die Gaszufuhr werden Temperatur und Geschwindigkeit des Gases von der Gasstromgesamtmenge, der Zusammensetzung des Gases und der Temperatur des Fließbettes abhängig. Ferner ist die effektive Reaktionszone über dem Injektor in ihrem RaMia beschränkt. ' . ' .

Deshalb sind Verstäche zur Maßstabvergrößerung solcher Öfen unternommen worden, wobei man zu einer Bauweise gelangt igji, bei welcher das Heaktionsgas über eine Anzahl Öffrnmge« ein tritt, die je aus dem Boden eines kegelförmigen- Bechers aus treten. Zu einer wirtschaftlichen Arbeitsweise solcher Reaktoren beträgt der Abstand zwischenboden Öffnungen h bis 6 cm. Die konstruktive Ausführung eines derartigen ofens ^ stösst auf beträchtliche Schwierigkeiten^ während die Ins taiidiialtungskös ten für größere -Einheiten eirheblicli =. ^w sind. ' ·■■■'■-■ ■ λ- f»i ■ ·- - . -,-.-_ - ..,. -:■ j. ■-...· . .... _v

Bei dem den Gegenstand der'vorliegenden Erfindung bildenden Gasinjektor werden die vorgenannten Nachteile vermieden.

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Der Gasinjektor der eingangs erwähnten Art besteht erfindungsgemä?s darin, daß ein mit Nuten versehenes Einsatzstück in eine angepaßte Öffnung unten in der Reaktionskammer des Ufens so°angebracht ist, daß es mit der Wand der Reaktionskammer einen ringförmigen Spalt bildet, während Einrichtungen, die durch axiale' Verstellung des Einsatzstückes den ringförmigen Spalt verändern können, und regelbare Kühleinrichtungen vorhanden sind, um das Reaktionsgas unter seine Zersetzungstemperatur zu bringen.

Bei der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung bestehen die Einrichtungen zum Verstellen des Einsatzstücks aus einem Balgen, von welchem ein Ende mit dem Einsatzstück starr verbunden ist und sich entsprechend dem Gasdruck des Reaktionsgases verstellt, sowie aus einer Feder zum Einstellen des Einsatzstücks unabhängig voin Gasdruck.

Es empfiehlt sieh, um die genannte Öffnung herum einen iierausnehmbaren Kragen anzubringen,« dessen Innenmantel mit dem Einsatzstück einen ringförmigen Spalt bildet.

Bei dem Gasinjektor nach der Erfindung sind die nachstehend angegebenen und zur Verwirklichung einer idealen Einrich-tung erforderlichen Sedingtingem. erfüllt» Buren die Ifafciij? des stattfinctencteij J*jP0z4ssses frei nonna? Teirtpgraimf '-,. böi Wfelgtigr eine seniiell£ Reaktion äfattfiiöctet* inijisiäft HäßtiStÄiäii ges tr&ffen weyden, um de^ttt Niödefscnlagen. von R^aki&iönsproduklieii an den Wänden dea? Reaktionskamroer und Teilen des Injektors

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soweit wie möglich zu begegnen. Dies erfordert in erster Linie, daß die Zufuhrleitung für das Gas zum Fließbett unter die Zersetzungstemperatur des Reaktionsgases gekühlt wird. Ferner muß das Reaktionsgas von der Einapritzstelle so abgeführt werden, daß eventuelle Zersetzungsprodukte keine Gelegenheit erhalten, sich an den Bestandteilen "des Reaktors abzulagern, Eine weitere Voraussetzung für eine ideale Einrichtung ist, daß die Temperaturgefälle infolge des gekühlten Injektors sowie des zugeführten Gases auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden müssen. Schließlich müssen örtliche Reaktionsgaskonzentrationen vermieden werden, was sich dadurch erreichen läßt, daß der Querschnitt, über den das Gas zugeführt wird, soweit es mechanisch und operativ möglich

« ist, auf den Querschnitt des gesamten Bettes verteilt

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens ist anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die einzige Figur zeig; einen Längsschnitt durch eine Injektoreinheit nach der Erfindung.

Mit 1 ist der unterste Teil der Reaktionskammer bezeichnet. In dem zylinderf örmigen Innenraum dieses Teiles befindet sich ein austauschbarer Graphitkragen 2, der durch eine Kragenhülse 3 gestützt wird. Ein mit Nuten oder Führungsrippen 5 versehenes Einsatzstück k ist in dem Graphitkragen konzentrisch angebracht. Es wird an seinem Platz gehalten durch eine Traghülse 6, die an ihrer Unterseite mit dem

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ORIGINAL INSPECTED

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beweglichen Teil eines Balgen 7 in. der Weise verbunden ist, daß sie und folglich' auch daa Einsatzstück k axial verstellbar sind. Der Innenraum des Balgen steht mit der Zufuhrleitung 9 für das Reaktionsgas in Verbindung. Dadurch wird der ringförmige Spalt zwischen dem Graphitkragen 2 und dem Einsatzstück k in Abhängigkeit von dem Drück des Reaktionsgases eingestellt, so daß eine automatische Druckregelung des in die Reaktionskammer eintretenden Gases stattfindet. Eine über die Traghülse 6 auf das Einsatzstück k einwirkende Feder 8 dient zur Feineinstellung des ringförmigen Spaltes. Das über die Zuführleitung 9 in den Injektor eintretende Reaktionsgas strömt über den ringförmigen Raum zwischen Kragenhülse 3 und Traghülse 6 und den ringßrmigen Spalt zwischen Kragen 2 und Einsatzstück h in die Reaktionskammer .

Im Inneren der Traghülse 6 befindet sich eine Kühlvorrichtung 9Ί die sich in einer axialen Bohrung des Einsatzstückes fortsetzt. Die Kühlvorrichtung ist in diesem Raum axial verschiebbar und in der Zeichnung in ihrer höchsten Stellung dargestellt. Sie sorgt dafür, daß das Reaktionsgas die Reaktionskammer bei der richtigen Temperatur erreicht.

Es leuchtet ein, daß der Erfindungsgedanke nicht auf die beschriebene Ausfühfungsfo'rm beschränkt ist. Es.ist unter anderem leicht eine-abgeänderte Kühlvorrichtung sowie das Ersetzen der mechanischen Feder 8 durch eine pneumatische Einrichtung verstellbar.

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Der vorliegende Injektor veranschaulicht einen einfachen, ausführbaren konstruktiven Aufbau und die erforderlichen Eigenschaften für einen Hochtemperatur-Gasinjektor. Er macht die Regelung der Gaaaigenschaften bezüglich. Temperatur und Druck möglich. Ein wesentlicher Vorteil des Injektors nach der Erfindung ist die gleichmäßige Verteilung des eintretenden Gases über einen großen Teil der Bettoberfläche, was mit keinem einzigen bekannten Mehrpunktinjektor erreicht werden kann. Die Gaszufuhr findet bei diesem System auf einfache Weise statt, während dagegen bei Mehrpunktinjektoren soviel gesonderte Zufuhrleitungen bis zur Einspritzstelle erforderlich sind, wie Injektoren vorhanden sind. '

Schließlich laßt sich für sehr groß® Bstteinheiten eine Anzahl konzentrisch angebrachter Gasinjektoren des Typs nach der Erfindung verwenden.

Patentansprüche t

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Claims

P,a tentans prüche

Gasinjektor für die Reaktionskammer eines Fileßbettofens, insbesondere zum Umhüllen von Kernbrennstoffteilchen, mit einer hitzebeständigen Schicht, d a dur ch ge k e nnz e i c hne t, daß ein mit Nuten (5) versehenes Einsatzstück (k) in eine angepaßte Öffnung unten in der Reaktionskammer so angebracht ist, daß es mit der Wand der Reaktionskammer einen ringförmigen Spalt bildet, während Einrichtungen (7,8),die durch axiale Verstellung des Einsatzstücks den ringförmigen Spalt verändern können, und regelbare Kühleinrichtungen (9') vorhanden sind, um das Reaktionsgas unter seine Zersetzungstemperatur zu bringen.

Gasinjektor nach Anspruch 1 , d· a d u r c h g e k e η η zeichne t, daß die Einrichtungen zum Verstellen des Einsatzstücks aus einer ersten Einrichtung·(7)» die das Einsatzstück in Abhängigkeit des Drucks des Reaktionsgases betätigen, und aus, einer zweiten Einrichtung (8) bestehen, die das Einsatzstück unabhängig von diesem Druck einstellen. <

Gasinjektor.nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung aus einem Balgen (7) besteht, von dem ein Ende mit dem Einsatzstück starr verbunden ist und sich entsprechend dem Gasdruck ■ verstellt, und daß die zweite Einrichtung durch eine Feder (8) gebildet ist.

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h. Gasinjektor nach Anspruch 1 bis 3» dadur c h gekennze i chne t, daß in der Öffnung ein herausnehmbarer Kragen (2) angebracht ist, dessen Innenmantel mit dem Einsatzstück (k) den ringförmigen Spalt bildet.

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