DE2744611A1

DE2744611A1 - Verfahren und vorrichtung zum beschichten von teilchen mit einer in einem reagierenden gas enthaltenen substanz

Info

Publication number: DE2744611A1
Application number: DE19772744611
Authority: DE
Inventors: Lloyd Chauncey Brown; John Randolph Langley; Robert Cole Noren; Michael Humphrey Spritzer
Original assignee: General Atomics Corp
Current assignee: General Atomics Corp
Priority date: 1976-10-06
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1978-04-13
Also published as: FR2366870A1; GB1581283A; JPS6111661B2; JPS5345676A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SPMY

Dr.-Ing. H. Liska 2 7 ⁷ I ⁷I 6 1 1

G 1082 GEW ^{8 MÜNCHEN} ·*· ^DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

GENERAL ATOMIC COMPANY 10955 John Jay Hopkins Drive, San Diego, California, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Teilchen mit einer in einem reagierenden Gas enthaltenen Substanz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Teilchen mit einer Substanz, die in einem Gas als Reaktionsteilnehmer enthalten ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung, in denen die Teilchen, z.B. Kernbrennstoff teilchen, in einem Fließbett unter Hochtemperaturbedingungen beschichtet werden.

Es ist bekannt, Beschichtungen von pyrolytischem Kohlenstoff oder Metallcarbiden, z.B. zum Erzielen eines Schutzes für Kernbrennstoffteilchen einer Art, wie sie in Kernreaktoren benutzt werden, aufzubringen. Die Kernbrennstoff teilchen sind klein, z.B. in der Größenordnung von 500 Mikron, und sie können aus einem geeigneten spaltbaren und/ oder brütbaren Material ausgebildet sein, wie z.B. Uran, Plutonium, Thorium oder geeigneten Verbindungen derartiger Materialien.

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Innerhalb eines Kernreaktors werden die Kernbrennstoff teilchen Bedingungen hoher Temperatur und schwerer bzw. harter Bestrahlung über lange Betriebszeitdauern hinweg ausgesetzt. Um eine fortgesetzte Wirksamkeit innerhalb einer derartigen Umgebung über lange Zeitdauern hinweg sicherzustellen, ist es üblich geworden, die Brennstoffteilchen mit einem undurchlässigen Material zu beschichten, so daß man gasförmige und metallische Spaltprodukte innerhalb der Grenzen der einzelnen Teilchen zurückhält.

Pyrolytischer Kohlenstoff und metallisches Carbid sind spezifische Beispiele von Materialien, die solche Beschichtungen für Kernbrennstoffteilchen bilden bzw. zusammensetzen. Diese Beschichtungen können innerhalb einer Hochtempera turbeschichtungskammer aufgebracht werden, und zwar durch das Einführen eines Gases als Reaktionsteilnehmer, das als eine wesentliche Komponente einen geeigneten Kohlenwasserstoff, wie z.B. Acetylen, Propylen, Propan oder Methan, hat oder vollständig daraus besteht.

Beispiele von Brennstoffteilchen, die mit solchen Beschichtungen versehen sind, sind z.B. in den US-PSen 3 325 363, 3 298 921, 3 361 638 und 3 649 452 beschrieben.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Beschichten von Kernbrennstoff teilchen mit einem geeigneten Material, wie z.B. pyrolytischem Kohlenstoff oder metallischem Carbid, umfaßt das Niederschlagen der gewünschten Substanz durch die Hochtemperaturzersetzung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe der oben angegebenen Art. Wenn die Teilchen, die beschichtet werden, relativ klein sind, dann kann der BeschichtungsVorgang wirksam in der Weise durchgeführt werden, daß die Teilchen in der Form eines Fließbetts innerhalb einer Hochtemperaturbeschichtungskammer suspendiert bzw. verteilt sind. Das Schweben oder die Suspension der Teilchen innerhalb des Fließbetts

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wird allgemein durch die kontrollierte Einführung eines Kohlenwasserstoff gases , eines inerten Trägergases oder einer Kombination beider unterhalb des Teilchenbetts erzielt. Meist wird ein inertes Trägergas für diesen Zweck angewandt, und dieses kann z.B. Argon, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff umfassen bzw. sein.

Innerhalb einer bevorzugten Konfiguration einer derartigen Beschickungskammer ist die Basis der Beschichtungskammer von einer Platte gebildet, und zwar vorzugsweise in der Form eines umgedrehten konischen Teils, das porös ist, oder auf andere Weise mit einer Einrichtung zum Einführen eines das Schweben bewirkenden Gases unter dem Teilchenbett versehen ist.

Während des Beschichtungsvorgangs tendieren die kleinen Kernbrennstoffteilchen dazu, innerhalb des Fließbetts unter allgemein isothermischen Bedingungen suspendiert zu werden. Reagierendes Gas bzw. Gas als Reaktionsteilnehmer wird durch hohe Temperaturen der Beschichtungskammer zersetzt und lagert sich auf den Teilchen ab. Die verschiedenen Bedingungen zum Ausführen eines solchen Beschichtungsvorgangs sind bekannt und umfassen Temperaturbereiche innerhalb der Beschichtungskammer wie auch die Raten bzw. Geschwindigkeiten und Drücke, unter denen sowohl das reagierende Gas als auch das Schwebegas in die Kammer eingeführt werden, sowie die Dauer des Beschichtungsvorgangs.

Hochtemperaturgasbeschichtungsvorgänge für Teilchenfließbetten, die gemäß dem Stand der Technik ausgeführt werden, haben zu einer Vielzahl von Problemen geführt. Beispielsweise kommt es wegen der Zersetzung des reagierenden Gases innerhalb der Hochtemperaturumgebung dazu, daß eine wesentliche Ablagerung oder ein Aufbau von kohlenstoffhaltigem bzw. -artigem Material (nachstehend als "kohleartiges Material" bezeichnet) das Bestreben hat, sich auf inneren Oberflächen

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der Kammer zu entwickeln bzw. zu entfalten. Kohlenstoffaufbau ist ein spezielles Problem, da er dazu tendiert, mit der richtigen Einführung der Schwebegase zur Aufrechterhaltung des Fließbetts von Teilchen, der Einführung zusätzlichen reagierenden Gases zur Ausführung des Beschichtungsvorgangs und dem Entladen der beschichteten Teilchen aus der Kammer zu interferieren bzw. diese Vorgänge zu stören.

Ein anderes Problem betrifft die Füllungsabmessung bzw. -masse von Teilchen, die während eines einzigen Vorgangs bzw. Betriebs innerhalb der Kammer beschichtet werden kann, und das damit in Verbindung stehende Erfordernis, daß sichergestellt wird, daß die beschichteten Teilchen eine allgemein sphärische Konfiguration haben. Dieses Erfordernis ist besonders wichtig, da die Tendenz bestehen kann, daß sich Seitenflächen bzw. Abschrägungen oder flache Bereiche während des Beschichtens auf den Teilchenoberflächen entwickeln.

Ein anderes, allgemeines Problemgebiet betrifft die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad des Beschichtungsvorgangs. Drei besonders wichtige Faktoren, welche die Wirksamkeit beeinflussen, umfassen bzw. sind die Füllungs- bzw. Haufenabmessung der Teilchen, die auf ein Mal beschichtet werden sollen, das Problem des schnellen Entladens beschichteter Teilchen aus der Beschichtungskammer zur Präparierung der Kammer für die Aufnahme einer nachfolgenden Teilchenmasse und der Betrag bzw. der Umfang an Wartung, der zwischen Beschichtungsabläufen erforderlich ist. Diese Wartung beinhaltet primär die Entfernung des Beschichtungsmaterials von inneren Komponenten bzw. Bauteilen der Beschichtungsapparatur.

Der Aufbau von solchen Beschichtungskammern war in der Vergangenheit relativ kompliziert, und zwar wegen des Erfordernisses der Zufuhr sowohl von Schwebegas als auch von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer, wobei eine Zer-

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Setzung des reagierenden Gases verhindert werden mußte, bevor es mit den Teilchen vermischt wird. Der Aufbau der Beschichtungsapparatur wurde weiter durch das Erfordernis kompliziert, daß man eine schnelle und wirksame Entladungseinrichtung vorsehen mußte, wie oben erläutert wurde.

Ein zusätzlicher Problembereich, der speziell in Beziehung auf die vorliegende Erfindung anzumerken ist, beinhaltet das Erfordernis des Aufrechterhaltens einer gleichförmigen Verteilung und Zirkulation der Teilchen durch das Fließbett. Diese Faktoren sind besonders wichtig im Hinblick auf die Entwicklung gleichförmiger Beschichtungen für die gesamten Teilchenfüllungen in der Beschichtungskammer.

Wenn reagierendes Gas in die Hochtemperaturbeschichtungskammer durch eine sich vertikal erstreckende Düse eingeführt ist, die an ihrem oberen Ende offen ist, dann kann ein Aufbau von kohleartigem Material, der allgemein als "Überschichtung" bezeichnet wird, am offenen Ende der Düse auftreten. Dieses Phänomen ist ein spezielles Problem, da die kohleartige Überschichtung auf der DUse mit der Strömungsrate des reagierenden Gases, welches in die Beschichtungskammer eintritt, interferiert bzw. diese Strömungsrate beeinträchtigt, und da sie weiterhin mit dem Muster der Verteilung des reagierenden Gases über bzw. durch die Beschichtungskammer interferiert bzw. dieses Muster stört.

Schließlich beinhaltet ein weiterer Problembereich von speziellem Betreff bezüglich der vorliegenden Erfindung das Erfordernis des Aufrechterhaltens einer gleichförmigen Verteilung und Zirkulation der Teilchen durch das Fließbett. Dieses Erfordernis ist besonders wichtig im Hinblick auf die Entwicklung gleichförmiger Beschichtungen für die gesamten Teilchenfüllungen in der Beschichtungskammer.

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Es sollen daher mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für die GasbeSchichtung von Teilchen zur Verfügung gestellt werden, die ihrerseits in einem Fließbett suspendiert sind, wobei eine oder mehrere der Schwierigkeiten der oben erwähnten Art überwunden werden sollen.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Beschichten von Teilchen mit einer Substanz, die in einem Gas als Reaktionsteilnehmer enthalten ist, zur Verfügung gestellt, wobei diese Vorrichtung folgendes aufweist: eine allgemein zylindrische BeSchichtungskammer zur Aufnahme der zu beschichtenden Teilchen, ein umgekehrt konisches Teil, das eine nach abwärts gerichtete Spitze hat und eine konische Basis für die BeSchichtungskammer bildet, Strömungskanäle zum Erzeugen einer Strömung von inertem Gas oberhalb der konischen Basis, so daß ein Fließbett von Teilchen oberhalb der konischen Basis ausgebildet wird, und eine langgestreckte Düse, die sich von der Spitze der konischen Basis nach aufwärts erstreckt, wobei ihr Auslaß in einem wesentlichen Abstand oberhalb der Spitze zum Einführen von Gas als Reaktionsteilnehmer in die Beschichtungskammer angeordnet ist.

Die Düse ist vorzugsweise auf einem Element angebracht, das die Spitze einer umgekehrten konischen Basis bildet, wobei das die Spitze bildende Element bewegbar ist, so daß man eine Öffnung zum Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer erhält.

Außerdem ist vorzugsweise eine langgestreckte Gassonde an dem die Spitze bildenden Element befestigt, so daß man eine Einrichtung zum Einführen von einem oder mehreren Gasen in die Beschichtungskammer zum Beispiel durch die Düse erhält. Diese Anordnung ist besonders wünschenswert, da diese Elemente gegeneinander bewegbar sein können, um die Öffnung zum Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer auszu-

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bilden, und außerdem, um einen Zugang zu verschiedensten Komponenten zu haben, wie z.B. zur Düse zum Zwecke der Wartung. Die Düse ist außerdem vorzugsweise so gestaltet, daß die Beschichtung verbessert wird, z.B. dadurch, daß man das reagierende Gas mit einer zweiten Gasströmung zusammentreffen bzw. auf diese zweite Gasströmung auftreffen läßt, wobei letztere entweder ein inertes Gas oder ein zusätzliches reagierendes Gas sein kann.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Beschichten von Teilchen mit einer Substanz, die in einem Gas als Reaktionsteilnehmer enthalten ist,und folgende Verfahrensschritte umfaßt: Anordnen eines Betts von Teilchen, die beschichtet werden sollen, innerhalb einer Beschichtungskammer, welche eine Basis und seitliche Wände hat; Einführen einer Strömung von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer mittels einer Düse, die sich nach aufwärts von der Kammerbasis in einen mittigen Teil der Beschichtungskammer erstreckt, wobei die Strömung von reagierendem Gas radial nach auswärts gerichtet ist; und Einführen einer Strömung von Schwebegas unterhalb des reagierenden Gases, um die Teilchen in der Form eines Fließbetts zu verteilen und zu suspendieren, wenn die Teilchen beschichtet werden. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung bei der Hochtemperaturgasbeschichtung von Kernbrennstoff teilchen vorgesehen, wobei die Beschichtungskammer eine Reaktionskammer für einen Hochtemperaturofen bildet.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 22 anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer Gasbeschichtungskammer der Art, wie sie durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagen wird;

Fig. 2 eine Ansicht, die gleichartig wie die Ansicht der Fig. 1 ist, wobei ein Teil der Beschichtungskammer für das Entladen von beschichteten Teilchen repositioniert worden ist;

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Fig. 3 eine Darstellung einer Beschichtungskammer gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung einer bevorzugten Düsenanordnung zum Einführen von reagierendem Beschichtungsgas in einen verdünnten Teilchenphasenbereich eines Teilchenfließbetts in der Beschichtungskammer;

Fig. 4 und 5 Ansichten von Düsenanordnungen gemäß dem Stand der Technik bzw. der Erfindung, welche weiterhin die unerwünschte Ablagerung bzw. den unerwünschten Aufbau von kohleartigem Material innerhalb der Beschichtungskammer ve rans chauli chen;

Fig. 6 und 7 Vergrößerungen von Konfigurationen von beschichteten Teilchen, wie sie sich bei der Verwendung der in Fig. 4 gezeigten Düsenanordnung nach dem Stand der Technik und bei der Verwendung der Düsenanordnung nach der vorliegenden Erfindung, wie sie z.B. in Fig. 5 veranschaulicht ist, ergeben;

Fig. 8 eine Ansicht eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Gasbeschichtungsapparatur gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt;

Fig. 9 eine andere Ansicht der Gasbeschichtungsapparatur der Fig. 8, wobei deren Komponenten so angeordnet sind, daß Teilchen aus der Kammer entladen werden können;

Fig.10 und 11 eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Apparatur in Fig. 10 in einer geschlossenen Konfiguration veranschaulicht ist, wie sie zum Beschichten geeignet ist, während Fig. 11 die gleiche Apparatur in der Position zeigt, die sie beim Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer hat;

Fig.12 ein noch anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Komponenten der Apparatur so angeordnet sind, daß beschichtete Teilchen aus der Kammer entladen werden können;

Fig. 13 eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Gasbeschichtungsapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung;

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Fig. 14 eine Ansicht längs der Schnittlinie XIV-XIV der Fig. 13;

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Gasbeschichtungskammer, welche die Teilchenströmung innerhalb der Kammer veranschaulicht, die zusätzlich durch die radial auswärts erfolgende Einführung von Schwebegas über der Basis der Düse verbessert ist;

Fig. 16 eine fragmentarische Axialschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer verlängerten Düse gemäß der Erfindung;

Fig. 17 eine Axialansicht der Düse der Fig. 16 längs der Schnittlinie XVII-XVII;

Fig. 18 auch eine fragmentarische Axialschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Düse, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 19 eine Ansicht der Düse der Fig. 18 längs der Schnittlinie XIX-XIX;

Fig. 20 eine ungeschnittene Ansicht der Düse der Fig. 18;

Fig. 21 ebenfalls eine fragmentarische Axialschnittansicht eines noch anderen Ausführungsbeispiels einer Düse, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und

Fig. 22 eine Ansicht längs der Schnittlinie XXII-XXII in Fig. 21.

Es sei nun zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wonach eine Beschichtungsvorrichtung, die allgemein bei 10 dargestellt ist, eine Beschichtungskammer 12 aufweist, die eine Basis 14 und eine Düse 16 zum Einführen eines Gases als Reaktionsteilnehmer in die Beschichtungskammer hat.

Eine bevorzugte Düsenkonfiguration ist bei 16· in Fig. 3 dargestellt. Die Basis 14· der Beschichtungskammer ist vorzugsweise als umgekehrtes konisches Teil ausgebildet, das eine Vorrichtung zum Einführen eines Schwebegases in die Be-

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Schichtungskammer hat, so daß ein Fließbett von Teilchen darin ausgebildet wird. Die Düse 16' ist so gestaltet, daß sie sich von der Spitze des konischen Teils aus nach aufwärts erstreckt, damit die Kohlenstoffzersetzung, wie die Fig. 5 veranschaulicht, im Vergleich mit dem Stande der Technik, wie er in Fig. 4 repräsentiert ist, herabgesetzt wird.

Die sich nach aufwärts erstreckende Düse 16' der Fig. 3 ist insbesondere dazu gedacht, innerhalb einer Beschichtungskammer verwendet zu werden, in der ein Fließbett von Teilchen ausgebildet wird, und zwar in Gradientenphasen, die eine Phase 18 relativ hoher Teilchendichte umfassen, welche benachbart der Basis 14' der Beschichtungskammer ausgebildet ist, mit einer Phase 20 relativ niedriger Teilchendichte, die in einem Bereich ausgebildet ist, der wesentlich im Abstand oberhalb der Basis der Beschichtungskammer ist. Ein solcher Zustand kann natürlich in anderen Konfigurationen von Beschichtungskammern ohne das Erfordernis einer konisch geformten Basis erzeugt werden. Innerhalb dieser Konfiguration jedoch ist die Düse so angeordnet, daß ihr Auslaß reagierendes Gas in den Bereich 20 relativ niedriger Dichte leitet, damit die Beschichtungseigenschaften für die Teilchen verbessert werden, wie durch den Vergleich zwischen den Fig. 6 (Stand der Technik) und 7 veranschaulicht wird.

Es sei nun wiederum auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wonach ein Bodenentladungsstopfen 22 zum Erleichtern des Entladens von beschichteten Teilchen aus der Kammer 12 in einer Weise vorgesehen ist, wie sie noch in näheren Einzelheiten erläutert wird. Die Düse zum Einführen von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer ist vorzugsweise auf dem Stopfen 22 montiert.

Die Fig. 8 bis 12 beziehen sich auf eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung, die vorzugsweise Gasdurch-

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gänge umfassen, welche ζ. B. zum Einführen von reagierenden Gasen und von Schwebegas in die Beschichtungskammer dienen, wobei dieselben bewegbar sind, damit das Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer erleichtert wird.

Die Fig. 13 und 14 veranschaulichen noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem eine sich nach aufwärts erstreckende Düse dazu dient, reagierendes Gas in die Kammer einzuführen, und zwar im Abstand oberhalb des Kammerbodens oder der Kammerbasis, während sie außerdem Schwebegas in die Kammer einführt, und zwar dicht benachbart der Basis.

Endlich sind in den Fig. 15 bis 22 verschiedenste Ausführungsbeispiele von Düsen zum Einführen oder zum Richten von reagierendem Gas in die Reaktionskammer in einer Weise, durch welche die Qualität der Beschichtungen auf den Teilchen verbessert wird, gezeigt.

Die Merkmale der Erfindung, wie sie oben summarisch angegeben sind, sind insbesondere dazu gedacht, bei der Gasbeschichtung von Kernbrennstoffteilchen innerhalb einer Hochtempera turbeschichtungskammer verwendet zu werden, wobei die Beschichtung durch die Zersetzung eines reagierenden Gases, einschließlich eines geeigneten Kohlenwasserstoffs, erfolgt. Jedoch ist aus der nachfolgenden Beschreibung ohne weiteres ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch für andere Gasbeschichtungsvorgänge angewandt werden kann, bei denen zu beschichtende Teilchen in einem Fließbett suspendiert sind.

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung seien nun in näheren Einzelheiten erläutert. Die Beschichtungskammer 12 der Fig. 1 und 2 ist beispielsweise innerhalb eines Reaktorbehälters ausgebildet, der vertikale Wände 24 aufweist. Der Reaktorbehälter ist für eine Anordnung innerhalb eines Hochtemperaturofens (nicht dargestellt) geeignet.

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Die Basis 14 für die Beschichtungskammer ist ein umgekehrtes konisches Teil, das aus einem porösen oder perforierten Material ausgebildet ist und die Einführung eines Schwebegases aus einem ringförmigen Bereich 26 nach aufwärts in die Beschichtungskammer 12 gestattet. Das konische Teil kann einen Einschließungswinkel innerhalb des allgemeinen Bereichs von 30° bis 14O° haben. In allen Figuren der Zeichnung ist das konische Teil mit einem Einschließungswinkel von 60° veranschaulicht.

Zum Zwecke der Aufnahme des Entladungsbodenstopfens 22 ist das konische Teil 14 mit einer zylindrischen Öffnung 28 an seiner Spitze versehen, die ihrerseits in Eingriff mit einer abgeschrägten, ringförmigen Oberfläche 30 auf dem Entladungsbodenstopfen 22 steht. Der Stopfen 22 ist vertikal bewegbar, so daß eine ringförmige Öffnung 32 zwischen den abgeschrägten Oberflächen 28 und 30 ausgebildet werden kann, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Infolgedessen kann der Stopfen 22 nach Vollendung des BeschichtungsVorgangs in die in Fig.2 dargestellte Position abgesenkt werden, so daß die ringförmige Öffnung 32 ausgebildet wird, durch die die beschichteten Teilchen die Beschichtungskammer 12 verlassen können. Anderenfalls wirkt der Stopfen 22 mit dem konischen Teil 14 zur Ausbildung einer kontinuierlichen Basis für die Beschichtungskammer 12 zusammen.

Wie oben angedeutet wurde, ist die Düse 16 für das reagierende Gas vorzugsweise auf dem Stopfen 22 angebracht. Wenn der Beschichtungsapparatur 10 in einem Hochtemperaturofen angeordnet ist, kann die Düse 16 zusammen mit dem Entladungsbodenstopfen 22 aus der Beschichtungskammer entfernt werden, damit man einen Bedienungs- bzw. Wartungszugang zu der Düse erhält, ohne daß es erforderlich ist, die Beschichtungsapparatur weiter auseinanderzunehmen.

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Die Anordnung der Düse 16 auf dem Stopfen 22 vereinfacht auch die Art und Weise, in der reagierendes Gas zur Düse 16 zugeführt wird und in der beschichtete Teilchen aus der Kammer 12 entfernt werden. Beispielsweise kann reagiendes Gas durch das Innere des Stopfens 22 zu der Düse 16 zugeführt werden. Gleichzeitig kann ein ringförmiger Kanal um den Stopfen 22 und unter dem konischen Teil 14 zur Aufnahme von beschichteten Teilchen, welche die Kammer durch die Öffnung 32 verlassen, ausgebildet werden.

Bezüglich des Aufbaus der Düse 16» selbst sei unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 3 bemerkt, daß ihre Höhe in Relation zum Durchmesser oder zur nominellen Seitendimension der Beschichtungskammer 12' gewählt werden kann. Wenn die Kammerbasis 14* ein umgekehrtes konisches Teil ist, wie oben erläutert, dann wird die Höhe h der Düse 16' vorzugsweise so gewählt, daß sie wenigstens etwa 1/4 des Durchmessers D der Beschichtungskammer 12* und der Basis des konischen Teils 14« ist.

Die Wichtigkeit des Anhebens des Auslasses 38 der Düse 16 wesentlich über die Basis 14 der Beschichtungskammer ist deutlicher durch einen Vergleich mit dem Stand der Technik, wie er sich aus Fig. 4 ergibt, und zwar wird dieser Stand der Technik mit Fig. 5 verglichen, welche die Erfindung repräsentiert. In Fig. 5 ist eine gleichartige bzw. ähnliche verlängerte Düse 16' dargestellt, die ebenfalls eine Länge oder Höhe hat, wie sie vorstehend beschrieben ist. Fig. 5 veranschaulicht auch die Tatsache, daß die verlängerte Düse nicht mit dem Entladungsbodenstopfen 22 verbunden zu sein braucht. In den Fig. 3 und 5 erstreckt sich die Düse durch eine kleine Öffnung (bei 40 bzw. 40' angedeutet) an der Spitze des umgekehrten konischen Teils. In Fig. 4 ist zum Vergleich eine bündige Düse 42 innerhalb der öffnung 40* an der Spitze des Basisteils 14* angeordnet dargestellt, so daß die reagie-

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renden Gase an der Spitze des Teils 14' in die Beschichtungskammer eingeführt werden. Während der Beschichtungsvorgänge ergibt sich die Tendenz, daß sich eine kohlenartige Ablagerung um den Auslaß 38 der Düse ausbildet, wie für die bündige Düse 42 nach dem Stand der Technik bei 44 angedeutet ist, während eine ähnliche kohlenartige Ablagerung für die Düse 16' der vorliegenden Erfindung bei 46 in Fig. 5 angedeutet ist. Bezüglich der Fig. 4 sei darauf hingewiesen, daß die Tendenz besteht, daß sich zusätzliches kohlenartiges Material 48 auf den benachbarten Oberflächen des umgekehrten konischen Basisteils 14· ablagert. Die kohlenartige Ablagerung 48 auf der konischen Basis stellt ein spezielles Problem dar, da sie mit der Strömung des Schwebegases durch das Basisteil 14· in die Beschichtungskammer 12 interferiert und diese Strömung verhindert. Das bringt wiederum die Tendenz mit sich, daß die Ausbildung des Fließbetts von Teilchen unterbrochen wird und kann zu unrichtig beschichteten oder sogar unbeschichteten Brennstoffteilchen führen, und zwar wegen des Verlustes der Fluidisierung bzw. der Fließbettbildung an der Spitze des Basisteils 14' und wegen des Aufbaus 44 aus kohlenartigem Material.

Im Gegensatz hierzu läßt sich aus Fig. 5 ersehen, daß es im wesentlichen zu keinem Aufbau von kohlenartigem Material auf den Oberflächen des Basisteils 14· kommt, weil das Niveau des Düsenauslasses 38* erhöht ist. Auch kann eine kohlenartige Ablagerung 46 leicht von der Düse 16' entfernt werden, so daß ihr Auslaß 38' freigemacht wird. Da die Düse selbst eine relativ billige Komponente z.B. im Vergleich mit dem Basisteil 14' ist, kann die Düse leicht "geopfert" werden, damit die periodische Entfernung des kohlenartigen Aufbaus von der Beschichtungskammer entfernt wird.

Die Höhe des Düsenauslasses 38' über der Spitze des Basisteils 14' ist außerdem aus einem anderen Grund wichtig,

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der deutlicher aus Fig. 3 erkennbar wird. In Fig. 3 ist das Schwebegas, welches durch das Basisteil 14' in die Beschichtungskammer eintritt, allgemein bei 50 angedeutet. Die Strömung des Schwebegases in die Beschichtungskammer tendiert dazu, ein Bett von Teilchen innerhalb der Beschichtungskammer so zu verteilen bzw. zu suspendieren, daß sich Phasen von relativ hoher Dichte, wie sie bei 18 angedeutet sind, und Phasen von relativ niedriger Dichte, wie sie bei 20 dargestellt sind, bilden. Es wurde gefunden, daß es die Verwendung der verlängerten Düse 16' ermöglicht, das reagierende Gas von seinem Auslaß 38· in die Phasen niedriger Dichte des Fließbetts einzuführen. Untersuchungen haben gezeigt, daß das Einführen des reagierenden Gases in die Phase niedriger Dichte zu der Ausbildung von sphärischen beschichteten Teilchen führt, wie durch die Fig. 6 und 7 veranschaulicht wird. Theoretisch kann das so aufgefaßt werden, daß das reagierende Gas einen freieren Zugang zu den Teilchenoberflächen innerhalb der Phase niedriger Dichte hat. Demgemäß ist das Wachsen des Beschichtungsmaterials auf den Teilchen einer geringeren Beschränkung unterworfen, und es kann eine dichtere bzw. übereinstimmendere sphärische Konfiguration erzeugt werden.

Es wurde weiterhin in Verbindung mit dem Beschichtungsapparat der Fig. 1 entdeckt, daß die Beschichtung innerhalb der Phase 20 niedriger Dichte weiter dadurch verbessert werden kann, daß man das reagierende Gas, das durch die Düse 16* ausgestoßen wird, verdünnt. Das reagierende Gas kann z.B. durch das gleiche Inertgas verdünnt werden, das zum Schweben angewandt wird. Vorzugsweise kann die Gasströmung von der Düse 16* aus etwa 1096 bis etwa 80 Gew.% Inertgas und aus etwa 20% bis etwa 90 Gew.90 aus reagierendem Gas bestehen.

Die Fig. 6 und 7 sind vergrößerte Reproduktionen von beschichteten Kernbrennstoffteilchen, die unter gleichartigen bzw. ähnlichen Bedingungen erzeugt worden sind, und

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zwar mit Ausnahme der folgenden Unterschiede. Die in Fig. 6 dargestellten Teilchen wurden in einer Beschichtungskammer erzeugt, die ein Basisteil hatte, wie es bei 14^f veranschaulicht ist, und zwar mit einem Einschließungswinkel von 60°. Eine bündige Düse der Art, wie sie bei 42 in Fig. 4 angedeutet ist, wurde beim Beschichten der Teilchen verwendet, die in Fig. 6 gezeigt sind.

Die in Fig. 7 gezeigten Teilchen wurden in einer gleichartigen bzw. ähnlichen Beschichtungskammer unter gleichartigen bzw. ähnlichen Bedingungen mit einem Basisteil, wie es bei 14· angedeutet ist und das einen Einschließungswinkel von 60° hat, erzeugt, und zwar mit einer verlängerten Düse, wie sie bei 16' in Fig. 5 gezeigt ist. Bei der tatsächlichen Beschichtungseinrichtung, die dazu verwendet wurde, die Teilchen der Fig. 7 zu erzeugen, betrugen der Durchmesser der Beschichtungskammer 12 und der äußere Durchmesser des Basisteils 14 etwa 12,7 cm, während die Höhe der Düse 16' etwa 7 cm war.

Schließlich sei im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 bemerkt, daß eine kohleartige Ablagerung, wie sie bei 48 angedeutet ist, auch die Tendenz hat, mit dem Entladen von beschichteten Teilchen aus der Beschichtungskammer durch die Spitze des Basisteils 14' zu interferieren bzw. dieses Entladen zu stören. Die verlängerte Düsenkonfiguration ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß derartige kohleartige Ablagerungen nicht in der Nähe des ringförmigen Durchgangs 32 (siehe Fig. 2) vorhanden sind, welche anderenfalls die Entladungsvorgänge stören würden.

Im Betrieb werden die zu beschichtenden Teilchen innerhalb der Beschichtungskammer angeordnet, und Schwebegase werden eingeführt, so daß ein Fließbett ausgebildet wird, wie es in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden ist.

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Zum Beschichten von Kernbrennstoffteilchen wird die Beschichtungskammer 12 innerhalb eines Hochtemperaturofens angeordnet. Der Betrieb und die Benutzung solcher Hochtemperaturöfen sind an sich gemäß dem Stand der Technik bekannt. Reagierendes Gas bzw. Gas, das als Reaktionsteilnehmer dient, wird dann in die Teilchenphase 20 niedriger Dichte in dem Fließbett eingeführt, so daß sich die Ausbildung von mit übereinstimmenderen, sphärisch beschichteten Teilchen ergibt, ähnlich wie es diejenigen sind, die in Fig. 7 dargestellt sind. Die beschichteten Teilchen werden mittels des Entladungsbodenstopfens 22, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, aus der Beschichtungskammer entfernt. Da die Teilchen aus der Beschichtungskammer 12 unter dem Einfluß der Erdschwere herausfließen, können sie bei hohen Temperaturen entfernt werden, so daß wenig oder überhaupt keine Stillstandszeit in der Kammer 12 nach Vollendung des BeschichtungsVorgangs für die Kühlung erforderlich ist. Infolgedessen kann die Beschichtung sappar a tür 10 sofort wieder mit einer neuen Teilchenfüllung zum Zwecke des Beginnens eines nachfolgenden Beschichtungsvorgangs gefüllt werden.

Im Falle eines überschüssigen Kohlenstoffaufbaus auf der Düse 16, wie oben beschrieben und in Fig. 5 für eine gleichartige bzw. ähnliche Düse 16 dargestellt, kann die Düse durch Absenken des Stopfens 22 leicht gereinigt oder ersetzt werden.

Die Beschichtungsvorrichtung, die bei 110 in Fig.8 dargestellt ist, umfaßt eine Beschichtungskammer 112, die eine Basisplatte 114 mit einer verlängerten Düse 116 hat. Es ist eine Einrichtung zum Einführen von Schwebegas in die Beschichtungskammer vorgesehen, so daß darin ein Fließbett aus Teilchen ausgebildet wird. Vorzugsweise ist die Basisplatte 114 als ungeteilter bzw. massiver Konus ausgebildet, wobei das Schwebegas durch Öffnungen eingeführt wird, die in

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der Basis der Düse ausgebildet sind. Auf diese Weise können Schwebegase durch die gleiche Sonde zugeführt werden, wie sie unten zum Führen von reagierendem Gas zur Düse beschrieben ist.

Die drei Ausführungsbeispiele, die jeweils in den Fig. 8, 9, den Fig. 10, 11 und in Fig. 12 dargestellt sind, sind spezifisch so ausgebildet, daß sie das Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer erleichtern. Viele Komponenten der Beschichtungsvorrichtung in den Ausführungsbeispielen sind gleichartig. Die Beschichtungsvorrichtung der Fig. 8 und 9 wird nachstehend zuerst beschrieben. Diejenigen Komponenten der Beschichtungsvorrichtung der Fig. 10 und 11, die gleichartigen bzw. ähnlichen Komponenten in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 entsprechen, werden dann nicht mehr weiter erläutert, sondern sie sind lediglich durch gleichartige, jedoch mit einem Strich versehene Bezugszeichen bezeichnet. Gleichartige bzw. 'ähnliche Komponenten in der Vorrichtung nach Fig. 12 sind durch gleichartige Bezugszeichen bezeichnet, die mit der Anfangsziffer "2" beginnen.

In jedem der drei Ausführungsbeispiele ist, wie am Beispiel der Fig. 8 und 9 dargelegt sei, die verlängerte Düse 116 auf einer vergrößerten Basis 120 angebracht, die mit einer Öffnung 122 in Eingriff steht, welche in der Spitze der umgekehrt konischen Basisplatte 114 ausgebildet ist. Die Düse 116 und die Düsenbasis 120 sind auf einer verlängerten Gassonde 124 angebracht, die relativ zur Basisplatte 114 bewegbar ist, so daß es möglich ist, eine ringförmige Öffnung 126 zum Entladen von beschichteten Teilchen aus der Beschichtungskammer 112 auszubilden.

Ein zylindrisches Gehäuseelement 128 bildet einen ringförmigen Entladungskanal um die Sonde 124 herum, der zur Aufnahme von beschichteten Teilchen aus der ringförmigen Öff-

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nung 126 dient und diese zu einem Seitenentladungsschacht 132 fördert. Der Seitenentladungsschacht kann dazu angewandt werden, die heißen beschichteten Brennstoffteilchen zu einer geeigneten Einrichtung, z.B. einem oder mehreren gekühlten Speichertrichtern bzw. -behältern (nicht dargestellt), zu fördern, die auch eine ausgewählte Geometrie haben können, so daß sie die gespeicherten Teilchen in einem kritisch sicheren Zustand halten.

Der Hochtemperatürzustand innerhalb der Beschichtungskammer 112 wird dadurch hergestellt, daß man die Beschichtungsvorrichtung 110 innerhalb eines Hochtemperaturofens anordnet, der teilweise durch die Ofenwand repräsentiert wird, die bei 134 angedeutet ist. Die Beschichtungskammer ist innerhalb einer zylindrischen Beschichtungskammerauskleidung 136 (siehe Fig. 9) eingeschlossen, die sich auch nach abwärts durch den Ofen erstreckt, so daß sie die Gassonde und das Gehäuse 128 umschließt.

In jedem AusfUhrungsbeispiel ist, wie wiederum unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 gezeigt sei, beispielsweise eine Dichtungsanordnung 138 zwischen einem unteren Teil des Gehäuseelements 128 und einer Basisstruktur 140 des Ofens ausgebildet. Die Düse 116 ist vorzugsweise von einer Art, die mehrfache Gaskanäle zum Einführen eines reagierenden Gases mit oder ohne einem verdünnenden Trägergas in die Beschichtungskammer hat.

Der Aufbau der langgestreckten Gassonde 124 und ihre Verbindung mit der Düse 116 und der Düsenbasis 120 läßt sich am besten aus Fig. 8 ersehen. Die Gassonde 124 ist mit einem trennbaren, zweistückigen Aufbau ausgebildet, der ein mittiges Teil 142 hat, das eine Mehrzahl von Gaskanälen zum Einführen einer Mehrzahl von Gasen zu der Düsenbasis 120 und der Düse 116 bildet. Vorzugsweise ist das mittige Sonden-

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teil 142 mit drei konzentrischen Gaskanälen 146, 148 und 150 versehen, die mittels langgestreckter Rohre 152, 154 und 156 voneinander getrennt sind. Die oberen Ende der Rohre sind mit einem Adapter 158 verbunden, der Öffnungen zur Verbindung der drei konzentrischen Gaskanäle 146, 148 und 150 mit der Düsenbasis 120 und der Düse 116 aufweist. Wie oben erläutert, kann die Sonde 124 auch Schwebegas zur Beschichtungskammer zuführen.

Ein äußeres Teil 160 der Sonde ist als Hülle für umlaufendes Kühlmittel längs der Länge der Sonde ausgebildet, damit die Gase, die durch die Kanäle 146, 148 und 150 mit der Düse verbunden sind, von umgebenden hohen Temperaturen geschützt werden. Zu diesem Zweck ist das äußere Sondenteil 160 mit einem Kühlmittelzuführungskanal 162 und einem Kühlmittelrückführungskanal 164 versehen. Infolgedessen kann Kühlmittel in den Zuführungskanal 162 eingeführt werden, z.B. durch die Einführungseinrichtung, die bei 166 angedeutet ist, wobei das Kühlmittel von dem Rückführungskanal 164 durch eine geeignete Kühlmittelauslaßeinrichtung 168 entfernt wird. Hier ist wiederum das obere Ende des äußeren Sondenteils mittels eines ringförmigen Adapters 170 verschlossen, der eine Strömungsmittelverbindung des Kühlmittels zwischen dem Zuführungs- und Rückführungskanal 162 und 164 ermöglicht. Auf diese Weise wird während des Aufbaus ein Zugang zu denjenigen Oberflächen des äußeren Sondenteils erzielt, welche Schweißnähte für das Aufnehmen von Kühlflüssigkeit umfassen. Demgemäß kann ein unerwünschtes Vermischen der Kühlflüssigkeit mit Gasen, die zur Düse zugeführt werden, vollständig vermieden werden. Die Adapter 158 und 170 für den inneren und äußeren Sondenteil sind so ausgebildet, daß sie beim Aufbau zusammenpassen bzw. auf dem Aufbau zusammenpassen.

Eine Haube 172 ist auf dem oberen Ende der Sonde 124 angebracht, und sie wird durch die Düsenbasis 120 durch-

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setzt, so daß eine Gasverbindung zwischen der Sonde und der Düse ermöglicht wird. Zusätzlich ist die Haube 172 mit einer sich nach abwärts und auswärts erstreckenden konischen Oberfläche 174 versehen, die dazu dient, beschichtete Teilchen während des Entladens von der ringförmigen öffnung 126 nach dem ringförmigen Kanal 123 hin zu richten. Die Haube 172 hat außerdem einen ringförmigen Flansch 176, der ein ringförmiges Teil 178 des Gehäuses 128 überlappt. Dieses Merkmal erleichtert eine Vertikalbewegung der Düse, während es verhindert, daß heiße beschichtete Teilchen in Kontakt mit der Gassonde 124 kommen.

Gesonderte Einlaßvorrichtungen 180, 182 und 184 sind in Verbindung mit den jeweiligen Gaskanälen 146, 148 und 150 zum Verbinden verschiedener Gaskomponenten mit der Düsenbasis 120 und der Düse 116 vorgesehen.

Die verschiedenen Teile der Beschichtungsvorrichtung, wie z.B. die Basisplatte 114, die Düse 116, die Haube 172, das Gehäuse 128 und der Seitenentladungsschacht, sind vorzugsweise aus einem geeigneten Keramikmaterial ausgebildet, das hohen Temperaturen widersteht, wie sie innerhalb einer solchen Beschichtungsvorrichtung auftreten.

In den Fig. 8 und 9 ist ein Umfangshüllenteil 186 des Gehäuses 128 im Gewindeeingriff mit der Basisplatte 114, wie bei 188 angedeutet. Das Gehäuse 128 und das Hüllenteil 186 sind als zwei axial trennbare Teile ausgebildet, die an der Verbindung, die bei 190 angedeutet ist, zusammenpassen.

Ein Sondenhalterand 191 erstreckt sich vom Gehäuse 128 aus nach abwärts und bildet einen allgemein geschützten Bereich zur Erleiditerung der Verbindung der Gaskanäle mit der Sonde 124. Eine Gasleckage zwischen dem Gehäuse 128 und der bewegbaren Sonde 124 wird mittels einer flexiblen Metall-

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balgdichtung verhindert, die bei 193 in den Fig. 8 und 9 in unterschiedlichen Ausdehnungszuständen gezeigt ist.

Im Betrieb wird die Vorrichtung, die in Fig. 8 veranschaulicht ist, so angeordnet, daß eine Beschichtung innerhalb der Kammer 112 ausgeführt werden kann. Zum Entladen von beschichteten Teilchen aus der Kammer 112 kann eine Zugstange 192 am unteren Ende der langgestreckten Sonde 124 angewandt werden, um die gesamte Sonde 124 zusammen mit der Haube 172, der Düsenbasis 120 und der Düse 116 nach abwärts zu verschieben, so daß auf diese Weise die ringförmige Entladungsöffnung 126 ausgebildet wird. Eine Axialbewegung zwischen der Sonde 124 und dem Gehäuse 128 wird durch die überlappte Konfiguration der Haube 172 ausgenommen.

Wenn die Gassonde 124 und die Düse 126, wie in Fig.9 dargestellt ist, abgesenkt sind, dann können beschichtete Teilchen aus der Kammer 112 in den ringförmigen Kanal 113 und aus dem Seitenentladungsschacht 132 strömen.

Nachdem die beschichteten Teilchen vollständig aus der Kammer 112 entfernt worden sind, kann die Gassonde 124 mittels der Zugstange 192 in die Konfiguration bzw. Stellung der Fig. 8 für einen nachfolgenden BeschichtungsVorgang erneut angehoben werden.

Der primäre Unterschied der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 besteht in der Art und Weise, in welcher die Gassonde zum Zwecke der Ausbildung der ringförmigen Entladungsöffnung 126' abgesenkt wird. Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 sei darauf hingewiesen, daß das periphere, ringförmige Teil 186' des Gehäuses 128' relativ zur Basisplatte 114· bewegbar ist. Eine zusätzliche, zylindrische Auskleidung 194 ist auf die Basisplatte 114' aufgeschraubt, wie bei 196

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dargestellt, und sie erstreckt sich nach abwärts in Richtung auf die Basisstruktur 14O¹ des Ofens. Während des Entladens werden die zylindrische Auskleidung 194 und die konische Basisplatte 114' in der in den Fig. 10 und 11 veranschaulichten Position durch ringförmige Stifte I4ia gehalten, die in einer Platte 141 ausgebildet sind, welche an der Basisstruktur 14O' befestigt ist. Die Stifte I4iawerden zurückgezogen, wenn die Basisplatte 114· aus dem Ofen entfernt wird.

Die Gestaltung nach den Fig. 10 und 11 erleichtert infolgedessen den Zugang zu der Düse 116·, ohne daß das Erfordernis für ein anderweitiges Auseinandernehmen der Beschichtungsvorrichtung besteht. Beispielsweise kann das Gehäuse 128· von der Grundplatte 114' getrennt und unter die Ofengrundstruktur 140· abgesenkt werden, worauf die Düse 116· zum Zwecke des Ersetzens oder des Reparierens leicht zugänglich wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 10 und 11 kann der Abdichtungsaufbau 138¹ die Axialbewegung zwischen dem Gehäuse 128* und der Ofenbasisstruktur 140* aufnehmen. Infolgedessen wird zum Zwecke des Absenkens der Düse 116', der Düsenbasis 120' und der Haube 172· für die Ausbildung der ringförmigen Entladungsöffnung 126' das gesamte Gehäuse 128' zusammen mit der Sonde 124' abgesenkt, und zwar mittels des Sondenhaiterandes 191'» der in im wesentlichen der gleichen Art und Weise angeordnet ist, wie oben für die Zugstange 192 der Fig. 8 und 9 beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und 11 kann die Haube 172' an dem ringförmigen Teil 178· des Gehäuses 128' befestigt sein. Jedoch kann die Haube 172' auch in einer überlappenden, bewegbaren Beziehung zu dem ringförmigen Teil 178' des Gehäuses 128· angeordnet sein.

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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 12 kombiniert vorteilhafte Merkmale der Ausführungsbeispiele der Fig. 8 und 9 und der Fig. 10 und 11. Im einzelnen wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 eine gleichartige Zugstange 292 zum Absenken der Sonde 224, der Haube 272, der Düsenbasis 220 und der Düse 216 benutzt, und zwar zum Zwecke des Ausbildens der Öffnung 226 für das Entladen von beschichteten Teilchen der Kammer 212. Demgemäß überlappt der ringförmige Flansch 276 für die Haube 272 das ringförmige Gehäuseteil 128 bewegbar, damit die Relativbewegung zwischen den obigen Komponenten und dem Gehäuse 228 einschließlich dem ringförmigen Teil 278 aufgenommen wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 ist außerdem ein bewegbarer Sondenhalterand 291 angewandt, um die Düse 216 und zugeordnete, interne Komponenten der Beschichtungsvorrichtung aus dem Ofen abzusenken und dadurch in einfacher Weise Wartungsvorgänge, die sich auf diese Komponenten beziehen, zu erleichtern. Die Ausführungsform nach Fig.12 unterscheidet sich etwas von der Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11, und zwar zum Zwecke einer noch weiteren Erleichterung solcher Wartungsvorgänge. Im einzelnen ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 so ausgebildet, daß ein Minimum von Material- oder Bauteilmasse während der Wartungsvorgänge aus dem Ofen entfernt wird. Das erbringt insofern einen wichtigen Vorteil, als wesentlich weniger Kühlung erforderlich ist, bevor die Wartungsvorgänge durchgeführt werden können, wobei der Zugang zu der Düse und anderen Komponenten der Beschichtungsvorrichtung, die allgemein Wartung erfordern können, verbessert worden ist.

Die Sonde 224 und die darauf gehaltenen Komponenten einschließlich der Haube 272, der Düsenbasis 220 und der Düse 216 sind von gleichartigem Aufbau und wirken gleichartig bzw. ähnlich mit dem Gehäuse 228 zusammen, wie es bereits

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in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 erläutert worden ist. Demgemäß kann die Zugstange 292 so betätigt werden, daß sie die oben erwähnten Komponenten relativ zu dem Gehäuse absenkt, so daß auf diese Weise der Entladungskanal 226 ausgebildet wird. Die Zugstange 292 kann auch in der entgegengesetzten Weise betrieben werden, so daß dadurch diese Komponenten angehoben werden und die oben erwähnte Öffnung geschlossen wird, damit innerhalb der Kammer 212 Beschichtungsvorgänge ausgeführt werden können.

Eine Anzahl von Abwandlungen in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 sind vorgesehen, um es zu ermöglichen, die Sonde 224, die Haube 272, die Düsenbasis 220 und die Düse 216 vollständig aus der Beschichtungskammer 212 und dem Ofen zusammen mit nur einem Teil des umgebenden Gehäuses abzusen. ken. Zu diesem Zweck dient die Verbindung 290 als eine Schlüpfverbindung zwischen dem Gehäuse 228 und dem ringförmigen Umfangsteil 286, das sich nach aufwärts in Flichtung auf die Basisplatte 214 erstreckt. Das periphere Gehäuseteil 286 ist außerdem mit einem ringförmigen Flansch 302 an seinem unteren Ende versehen. Einstellbare Haltestifte 304 können auch aus einer normalerweise zurückgezogenen Position in eine ausgefahrene Position verschoben werden, in der sie mit dem Flansch 302 in Eingriff treten, so daß sie das ringförmige Gehäuseteil 286 innerhalb des Ofens halten bzw. tragen.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 12 können das Gehäuseteil 228 und die Sonde 224 zusammen mit denjenigen Komponenten, die auf der Sonde befestigt sind, in Kombination durch eine Bewegung des Sondenhalterandes 291 in einer Weise abgesenkt werden, wie es ebenfalls bereits in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 10 und 11 erläutert worden ist.

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Die Abdichtungsanordnung 238 ist auch dazu geeignet, diesen Vorgang zu erleichtern. Im einzelnen umfaßt die Abdichtungsanordnung 238 ein Paar aufblasbare Dichtungsringe 306, die durch ringförmige Kanäle 308 positioniert und festgehalten werden können. Die aufblasbaren Dichtungsringe 306 werden aufgeblasen, damit sie in Abdichtungseingriff mit einem ringförmigen Oberflächenteil 307 des Gehäuses 228 gelangen. Wenn die Dichtungen 306 entleert werden, dann bleiben sie in Eingriff mit den Kanälen 308, während das Gehäuse 228 einschließlich des Oberflächenteils 307 zusammen mit den Komponenten 278, 272, 220 und 216 aus dem Ofen abgesenkt werden kann.

Andererseits hat das Ausführungsbeispiel der Fig.12 im allgemeinen die gleichen vorteilhaften Merkmale des Betriebs bzw. der Betätigung, wie sie oben bezüglich der Ausführungsformen nach den Fig. 8 und 9 und 10 und 11 erläutert sind. Im einzelnen weist das Ausführungsbeispiel nach Fig.12 den gleichen ringförmigen Entladungskanal 230 auf, der mit dem Seitenentladungsschacht 232 zusammenarbeitet, wenn beschichtetes Material aus der Kammer 212 durch die Öffnung entladen wird.

Die Gasbeschichtungsapparatur nach Fig. 13 umfaßt eine Beschichtungskammer 412, die eine Basis 414 und eine Düse 416 hat, welche sich von einem mittigen Teil des Kammerbodens 414 nach aufwärts erstreckt, so daß sie einen Auslaß 418 zum Einführen von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer 412 bildet. Die Konfiguration des Bodens 414 und insbesondere seiner oberen Oberfläche 420, die einen inneren Oberflächenteil der Kammer 412 bildet, ist in Verbindung mit der Einführung von Schwebegas von Wichtigkeit, wie unmittelbar nachstehend erläutert ist.

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Schwebegas zum Fördern bzw. Ausbilden einer Suspension und zur Zirkulation von Teilchen innerhalb eines Fließbetts in der Beschichtungskammer 412 wird durch Öffnungen 422, die mittels eines Öffnungsrings 424 ausgebildet sind, der um die Basis der sich nach aufwärts erstreckenden Düse 416 angeordnet ist, in die Kammer eingeführt. Die Öffnungen 422 sind so angeordnet, daß sie Schwebegas radial nach auswärts und allgemein parallel in Beziehung auf die Oberfläche 420 der Kammerböden 414 richten. Zusätzlich sind die öffnungen 422 auch in radial abgesetzter Beziehung angeordnet, damit sie eine Durchwirbelung des Schwebegases fördern bzw. bewirken, so daß die Oberflächen 420 des Kammerbodens 414 wirksamer überstrichen bzw. gebürstet werden. Die Durchwirbelungsaktion des Schwebegases schaltet tote Bereiche in der Nähe der Oberfläche 420 aus, in denen sich die Teilchen aus der Kammer 412 anderenfalls während eines Beschichtungsvorgangs ausscheiden und auf der Oberfläche 420 des Kammerbodens ansammeln könnten.

Die Öffnungen 422 sind unter einem leicht nach aufwärts verlaufenden Winkel relativ zur Oberfläche 420 des Kammerbodens ausgerichtet. Es sei auch auf Fig. 15 Bezug genommen, wonach das Einführen des Schwebegases in die Beschichtungskammer durch die öffnungen 422 die Verteilung der Teilchen über die gesamte Beschichtungskammer 412 erleichtert. Infolgedessen trägt der Öffnungsring 424 auch zu einer gleichförmigeren Beschichtung der Teilchen innerhalb der Kammer 412 bei, da er die Zirkulation der Teilchen durch die Kammer fördert, während er die Tendenz schafft, daß die Bewegung der Teilchen innerhalb der Kammer durch das Fließbett aufrechterhalten wird.

Die Düse 416 und der Öffnungsring 424 sind auf einer bewegbaren Sonde 426 montiert, die Kanäle zum Verbinden des reagierenden Gases mit der Düse 416 und zum Verbinden

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des Schwebegases mit dem Öffnungsring 424 aufweist. Gleichzeitig kann die Sonde nach abwärts zurückgezogen oder verschoben werden, damit man eine ringförmige Öffnung 428 an der Spitze des konischen Kammerbodens 414 zum Zwecke des Entladens von beschichteten Teilchen aus der Beschichtungskammer 412 erhält.

Die Gasbeschichtungsapparatur, die allgemein bei 510 in Fig. 15 gezeigt ist, umfaßt eine BeSchichtungskammer 512, die eine Basis 514 hat.

Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ist besonders auf die Konfiguration einer langgestreckten Düse 516 gerichtet, die einen Auslaß 518 an ihrem oberen Ende zum Einführen von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer 512 hat. Verschiedene Ausführungsbeispiele von Düsenauslässen sind zu dem gemeinsamen Zweck vorgesehen, das reagierende oder beschichtende Gas radial auswärts zu richten, damit die Ablagerung von Beschichtungsmaterial von dem reagierenden Gas auf die Düse beschränkt und das Eindringen des reagierenden Gases in das Fließbett verbessert wird.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß das reagierende Gas, das aus der Düse herauskommt, den Teilchen eine radial nach auswärts gerichtete Geschwindigkeit innerhalb des Fließbetts verleiht. Diese Auswartsgeschwindigkeitskomponente in den Teilchen führt zu einer gleichförmigeren Zirkulation der Teilchen innerhalb des Bettes und hat demgemäß die Aufbringung einer gleichförmigeren Beschichtung auf allen Teilchen zur Folge. Wegen der Auswärtsgeschwindigkeit, die in den Teilchen in der Nähe der Düse entwickelt wird, tendieren die Teilchen dazu, nach radial auswärts von der Düsenspitze zu strömen, dann aufwärts längs der Wände der Beschichtungskammer, dann radial einwärts und abwärts durch einen axial mittigen Teil der Beschichtungskammer, wie in Fig. 15 angedeutet ist.

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Durch öffnungen 524, die in Umfangsrichtung im Abstand um die Basis der Düse 516 herum vorgesehen sind, wird Schwebegas in die Beschichtungskammer eingeführt. Es läßt sich demgemäß ersehen, daß die Strömung sowohl des reagierenden Gases als auch des Schwebegases im wesentlichen dem gleichen, oben beschriebenen Muster innerhalb der Beschichtungskammer folgt, so daß die gleichförmige Zirkulation der Teilchen durch das Fließbett erleichtert und infolgedessen eine gleichförmigere Beschichtung der Teilchen möglich wird. Die Schwebegasöffnungen 524 der Fig. 15 haben außerdem vorzugsweise eine Spiralkonfiguration,so daß sie dem Schwebegas, das in die Beschichtungskammer eintritt, eine Umfangs- oder Wirbelungskomponente der Geschwindigkeit verleihen.

Zusätzliche Abwandlungen der Düsenauslässe sind in den Fig. 16 bis 22 veranschaulicht, und sie dienen dazu, die Beschichtungseigenschaften und den Beschichtungswirkungsgrad weiter zu verbessern. Die Beschichtungswirksamkeit bzw. der Beschichtungswirkungsgrad wird hier insbesondere angesehen als der Anteil des gesamten Beschichtungsmaterials vom reagierenden oder beschichtenden Gas, der tatsächlich auf den Teilchen abgelagert wird. Im allgemeinen können diese Eigenschaften verbessert werden, wenn das Beschichtungsgas schnell über das Fließbett verteilt wird, nachdem es den Düsenauslaß 518 verlassen hat.

Die Düsenabwandlungsformen der Fig. 16 bis 22 sind infolgedessen dazu gedacht, eine schnellere Verteilung des reagierenden Gases zu fördern bzw. zu bewirken. Es sei allgemein bezüglich der Fig. 16 darauf hingewiesen, daß die Auslaßöffnungen für die Düse so angeordnet sind, daß dem reagierenden Gas eine Rotationskomponente verliehen wird, vorzugsweise durch radiales Absetzen der Auslaßkanäle. In Fig. 18 bewirken Paare von Auslaßöffnungen, daß Strahlen von reagierendem Gas aufeinander auftreffen, um die Verteilung durch

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das Fließbett zu fördern. In Fig. 21 sind die Auslaßöffnungen für das reagierende Gas mit Auslaßöffnungen für ein zweites Gas gekoppelt, damit der gleiche Zweck erreicht wird, wie er oben in Verbindung mit Fig. 8 erläutert wurde. Das zweite Gas, das in der Düsenanordnung der Fig. 21 angewandt wird, kann entweder ein Inertgas oder z.B. eine oder mehrere zusätzliche Komponente eines Multikomponentenbeschichtungsgases sein.

In den Fig. 16 und 17 ist das obere Ende einer Düse 550 so dargestellt, daß es einen Axialkanal 552 bildet. Das obere Ende 554 der Düse 550 ist in der gleichen Weise geschlossen, wie oben bezüglich der Düse 516 beschrieben. Eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung voneinander im Abstand vorgesehener Auslaßöffnungen oder Kanäle 556 ist in dem oberen Ende der Düse 516 ausgebildet. Die Kanäle 556 sind radial abgesetzt, damit dem reagierenden Gas, das radial aus der Düse 550 austritt, ein Wirbelungseffekt verliehen wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 18 bis 20 ist noch eine andere Ausführungsform der Düse bei 570 gezeigt, und zwar mit einem Axialkanal 572 und einem geschlossenen, oberen Ende574. Die Düse 570 weist in gleicher bzw. ähnlicher Weise eine Mehrzahl von im Abstand voneinander vorgesehener Öffnungen oder Kanäle 576 auf, die radial in der Art und Weise abgesetzt sind, wie oben bezüglich der Düse 550 erläutert ist. Jedoch sind in der Düse 570 benachbarte Paare von entgegengesetzten Kanälen 576 in entgegengesetzten Umfangsrichtungen abgesetzt, so daß Strahlen von reagierendem Gas, die radial nach auswärts durch solche benachbarte Paare von Kanälen gerichtet werden, die Tendenz haben, aufeinander aufzutreffen. Es wurde gefunden, daß diese Wirkung die Verteilung des reagierenden Gases innerhalb des Fließbetts verbessert.

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Die Fig. 21 und 22 zeigen eine andere Düse 600, in der Strahlen von reagierendem Gas dazu gebracht werden, mit Strahlen eines zweiten Gases zusammenzutreffen, damit eine schnellere Verteilung des Gases in das Fließbett bzw. in dem Fließbett in der gleichen Weise erreicht wird, wie oben in Verbindung mit den Fig. 18 bis 20 erläutert ist. In Fig. 21 weist die Düse 600 einen Axialkanal 602 auf, der dazu dient, reagierendes Gas zu Auslaßöffnungen oder -kanälen 604 zu leiten. Die Düse 600 umfaßt außerdem einen zweiten Kanal 606, der sich längs ihrer Länge und konzentrisch zu dem Kanal 602 erstreckt. Dieser ringförmige Kanal 606 steht in Verbindung mit einem zweiten Satz von Auslaßkanälen 608. Jeder der Kanäle 608 ist in der Nähe von einem oder mehreren der oben erwähnten Kanäle 604 angeordnet, wobei jeder Satz von Kanälen 604 und 608 weiter so angeordnet ist, daß ein Aufeinandertreffen von Gas von den Zuführungskanälen 602 und 606 an einer Stelle bewirkt wird, die sich radial auswärts von der Düse befindet. Wie oben angedeutet ist, führt einer der Kanäle 602 und 606 ein reagierendes oder beschichtendes Gas zu, während der andere Kanal entweder das gleiche beschichtende Gas, eine zusätzliche Komponente des beschichtenden Gases oder sogar ein inertes Gas, das ähnlich wie die oben beschriebenen Schwebegase ist, zuführt.

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L e e r s e

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Claims

27U611 Patentansprüche

1. Verfahren zum Beschichten von Teilchen mit einer in einem reagierenden Gas enthaltenen Substanz, gekennzeichnet durch

Anordnen bzw. Ausbilden eines Betts von Teilchen, die beschichtet werden sollen, innerhalb einer Beschichtungskammer, welche eine Basis und seitliche Wände hat;

Einführen einer Strömung von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer mittels einer Düse, die sich von der Kammerbasis nach aufwärts in einen mittigen Teil der Beschichtungskammer erstreckt, wobei die Strömung von reagierendem Gas nach radial auswärts gerichtet wird; und

Einführen einer Strömung von Schwebegas unter dem reagierenden Gas zum Zwecke des Verteilens und Suspendierens der Teilchen in der Form eines Fließbetts, wenn die Teilchen beschichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt, daß man die Strömung des Schwebegases in die Kammer so richtet, daß letzteres radial nach auswärts und allgemein parallel zur Beschichtungskammerbasis ausströmt, so daß die Zirkulation der Teilchen innerhalb des Fließbetts radial nach auswärts im unteren Teil der Beschichtungskammer, aufwärts längs der seitlichen Wände derselben, radial einwärts am oberen Ende des Fließbetts und abwärts in einem axialen, mittigen Teil der Kammer gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt des Einführens einer zweiten Gasströmung, die mit der Strömung des reagierenden Gases konvergiert und auf diese auftrifft.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gasströmung ein inertes Gas umfaßt oder ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gasströmung ein reagierendes Gas umfaßt oder ist.

6. Vorrichtung zum Beschichten von Teilchen mit einer in einem reagierenden Gas enthaltenen Substanz, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch

eine allgemein zylindrische Beschichtungskammer (12,12',112«,212,412,512) zum Aufnehmen der zu beschichtenden Teilchen;

ein umgekehrtes konisches Teil (14,14·,114,114*, 214,414,514), das eine nach abwärts gerichtete Spitze (40, 40') hat und eine konische Basis für die Beschichtungskammer bildet; Strömungskanäle (432,524) zum Erzeugen einer Strömung von Inertgas über der konischen Basis zum Zwecke des Ausbildens eines Fließbetts von Teilchen über der konischen Basis; und

eine langgestreckte bzw. verlängerte Düse (16,16', 116,116·,216,416,516), die sich nach aufwärts von der Spitze der konischen Basis aus erstreckt, wobei ihr Auslaß (38,38·, 418,518,556,576,604,608) zum Einführen von reagierendem Gas in die Beschichtungskammer im Abstand wesentlich bzw. im wesentlichen über der Spitze angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein bewegbares Element (22,124,124*,224,426), das einen spitzen Teil der konischen Basis bildet, wobei das die Spitze bildende Element so bewegbar ist, daß eine Öffnung (32,126, 126',428) zum Entladen von beschichteten Teilchen aus der Beschichtungskammer ausgebildet wird.

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3.54. 27U611

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerte bzw. langgestreckte Düse (16,16',116,116»,216,416,516) auf dem die Spitze bildenden Element (22,124,124·,224,426) angebracht bzw. montiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Hochtemperaturgasbeschichtung von Kernbrennstoffteilchen geeignet ist, wobei die zylindrische Beschichtungskammer (12,12',112·,212,412,512) eine Reaktionskammer für einen Hochtemperaturofen bildet und in der sich die Düse von der Spitze der konischen Basis bis zu einer Höhe von wenigstens 1/4 des Durchmessers der Beschichtungskamraer erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine langgestreckte bzw. verlängerte Gassonde (124,124·,224,426) an dem bewegbaren, die Spitze bildenden Element befestigt ist und einen Gaskanal (146,148) zum Verbinden des Reaktionsgases mit der Düse aufweist sowie eine Kühlmittelumwälzhülle, welche den Gaskanal umgibt; wobei die Sonde zusammen mit dem die Spitze bildenden Element bewegbar ist, so daß eine ringförmige Entladungsöffnung (32, 126,126',428) zwischen der konischen Basis und dem die Spitze bildenden Element ausgebildet wird; wobei ferner ein Gehäuse (126,286) vorgesehen ist, das einen ringförmigen Kanal um einen Teil der Sonde zur Verbindung mit der ringförmigen Entladungsöffnung bildet, sowie ein Seitenentladungsschacht (132,132·,232), der in Verbindung mit einem unteren Teil des ringförmigen Kanals ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Teil der Düse von einem ringförmigen Teil (120,12O¹,220,224) umgeben ist, das eine Mehrzahl von Auslaßöffnungen (422) zum Verbinden des Schwebegases mit der Beschichtungskammer bzw. zum Zuführen des

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Schwebegases in die Beschichtungskammer hat,wobei die Auslaßöffnungen so angeordnet sind, daß sie das Schwebegas in einem Strömungsweg leiten, d?r allgemein parallel zur inneren Oberfläche der konischen Basis ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (422) radial abgesetzt sind, so daß sie bewirken, daß das Schwebegas mit einer Wirbelbewegung in die Beschichtungskammer eintritt.

13· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse an ihrem oberen Ende geschlossen ist und daß ein ringförmiger Teil der Düse in der Nähe ihres oberen Endes eine Mehrzahl von nach auswärts gerichteten, in Umfangsrichtung in Abstand voneinander vorgesehene Auslaßkanäle (418,556,576,604) zum radialen Einführen des reagierenden Gases in die Beschichtungskammer aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung voneinander im Abstand vorgesehenen Auslaßkanäle (418,556,576) nach aufwärts und auswärts gewinkelt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung voneinander im Abstand vorgesehenen Auslaßkanäle (556,576,604) radial abgesetzt sind, so daß sie das reagierende Gas mit einer Wirbelbewegung in die Beschichtungskammer einführen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 _f 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Paare der Auslaßkanäle (576, 604) radial auswärts konvergieren, so daß sie aufeinander auftreffende Strahlen von reagierendem Gas erzeugen.

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17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch einen zweiten Satz von in Umfangsrichtung voneinander im Abstand vorgesehenen Auslaßkanälen (608), von denen ein oder mehrere Kanäle nach radial auswärts mit einem oder mehreren der zuerst genannten Mehrzahl von Auslaßkanälen (604) konvergieren, wobei die verlängerte bzw. langgestreckte Düse einen Strömungskanal (606) zum Verbinden eines zweiten Gases mit dem zweiten Satz von Auslaßkanälen aufweist, so daß Strahlen von reagierendem Gas und von dem zweiten Gas innerhalb der Beschichtungskammer radial auswärts von der Düse aufeinander auftreffen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas ein Inertgas ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas ein reagierendes bzw. als Reaktionsteilnehmer wirkendes Gas ist.

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