DE2611844A1

DE2611844A1 - Duese zur zufuehrung von gasen

Info

Publication number: DE2611844A1
Application number: DE19762611844
Authority: DE
Inventors: Eike Barnert
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1976-03-20
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1977-09-29
Also published as: GB1555732A; FR2344932A1; US4153004A; JPS6029307B2; DE2611844C3; JPS52114895A; FR2344932B1; DE2611844B2

Description

^aanla^ü Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Jüse zur Zuführung von Gasen

Die Erfindung bezieht sie!) auf eine Düse zur Zuführung von thermisch zarset^ntiren Gasen zur Beschichtung van ur^nnstaffuriü urucscoffkernen für Kernr.:;iikbür^n sGwie der zur Beschichtung erfarJarlichen Tragergase, bei der ein zentraler Kanal zur Führung der zersetzbaren Gase und ein koaxial zum zentralen Kanal zugeordneter Hingkanal zur Führung der Try "grease vor^esaheri sinci.

Brenn- oder Brustoffkernü mit jinern Durchmesser von einigen 1ÜG ,u wcriiüp f.dfc üineiii geeigneten Stoff beschichtet, um das Austreten von Spaltstoffen zu verhindern. Nach einem bekannten Verfahren wird die beschicntung in einer aus den DrennstoFFkarnen oder den Brutstoffkernen und zur Pyrolyse geeigneten Gasen, wie Methan, Azetylen, Propan, Propylen, Chlormetnylsilan, MolyDdän-V-Chlarid oder dergleichen sowie geeigneten Trägergasen, wie Argon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid odur üergleichen mittels eines Fließbsttaa gebildeten Wiröslschicht vorgenommen. Dia Reaktionstemperatur liert dabsi zwischen

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1000 ° und 2200 ⁰C. Das Fließbett busteht aus eina.n doppelwanui^en, wasotsr^uKuiiltjn, Vbrzu_u3^ji;::; wluunt^nuj- oder induktivbeheizbaren zylinderfjrmi_t;en Gef-...ό, in ubi.i ein Reaktion^- odsr Flisßbettrohr an^oranet ist. Uie Wirbelschicht wird im Fliü.ibetisrohr _tjajilcwt, ^c\~r ι_·-ü L=;it das Fließbettrohr je nach der Temperatur, u;ji dar uiti Pyrolyse ablaufen soll, aus Graphit. Ci'j zur Pyrolyr.p erforderlichen Gase einschließlich des gegabanunfälls zur Verdünnung erforderlichen Träi:Gr,i;asjs werden dem Flie^:3bett durch ainu Cüse zu^jfünrtj dab.?i nuil das eingeführte Gas mittels der üüse so verteilt WKrüdri, du.j die Brennstoff oder Brutstoffkerne in einer zirkulierenden bewegung gehalten werden, damit alle Brennstoff- odjr Brutstoff kerne gleichmäßig beaciiichcet werden.

Es sind verschiedene Ausbildun^sfυη^ϊη von uüü .n j.;kannt. So ist beispielsweise eine Düse bekannt, uis in Form einer Kapillare in das im unteren Teil im allgemeinen kej-elfürmiji ausgebildete Fliefcibettrolii- einmündet (Melvin F. Browning, Dale Λ. Vau^han, Joseph F. LJettore, John i'l. Blucner jr. Characterisation of pyrolytic-carbon fuel particles coating prepares with acetylene, üattüllo Memorial Institute;, Ren.-Nr. bMI-1735, 1Gü5, A1, Λ2). Bekannt ist es aucn, als Düse ein Rohr zu verwenden, das nach Art eines Ku^eI-schliffes am kegelförmigen Enue .des Flie3büttruhrii3 angeschlossen ist. Düsen mit einer einzigen öffnung hau-an jedoch den Wachteil, daß oei iicheren Beschichtungstemperaturen sich an der kegelförmigen Wandung des Flieiobettrohres AbschRidungcn bilden, durch die das Fließverhalten stark beeinträchtigt wird und die gelegentlich sogar Verstopfungen der Düse verursachen.

Lim diese Nachteils zu varmeiden, sind auch bereits düsen entwickelt worden, bei denen mehrere Öffnungen vorgesehen

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sind. Dabei besteht die Düse nach einer bekannten Ausführung aus einem Molybdänrohr mit spitz zulaufendem Ende, das für die Zuführung von Trägergas und Beschichtungsgas dient, wobei konzentrisch in dem kegelförmigen Teil des Flie3bettrohres Bohrungen angeordnet sind, durch die ein inertes Gas - zweckmäßig das gleiche Gas, das auch als Trägergas verwendet wird - in das Fließbettrohr geleitet wird, um Abscheidungen von Festprodukten zu verhindern (H. Beutler, GB, Redding, J.R.G. Gough, Development of coated particles Fuel Element Symposium, 1963, Rep. 151). Weitere Ausführungsformen bekannter Düsen bestehen darin, daß für die Zuführung von Beschichtungs- und Trägergas eine zentrale Öffnung und für weitere Trägergasmengen koaxial hierzu angeordnete Bohrungen vorgesehen sind (R. L. Pilloton, J. A. Carpenter, Motion of Particles in fluidized beds and implications for the prepartion of coated nuclear fuel particles. Oak Ridge National Laboratory TM-1170-1965) oder in der Verwendung einer porösen Platte, die als Anordnung zahlreicher kleiner zueinander benachbarter Düsen aufgefaßt werden kann (H. Bildstein, P. Koss, Beschichtete Teilchen, Jahresbericht 1965, Reaktorzentrum Seibersdorf, Österreichische Studiengesellschaft für Atomenergie mbH). Bei den Düsen mit mehreren Öffnungen hat sich jedoch gezeigt, daß die neben der Hauptöffnung angeordneten kleinen Bohrungen sich trotz intensiver Kühlung bereits nach verhältnismäßig kurzem Gebrauch verstopfen*.

Andere Ausführungen bekannter Düssnformen bestehen darin, daß um eine zentrale öffnung, die als Zuführung für das Beschichtungsgas .dient. Bin Ringspalt angeordnet ist, durch den das TrägsTgas in das Fließbett eingab lasen wird, (siehe R. L. Bickerdicke et al., Studies on Coated Particle Fuel Involving Coating, Consolidation and

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Evaluation, D. P. Report 139, 12-63 und R. L. R. Lefevre et al.. The Choice of Pyrocarbon Deposition Agent for Nuclear Fuel Particles, D. P. Report 800, 1972). Aus der DT-PS 1 308 550 ist ferner eine Düse aus Graphit zur Zuführung von Gasen bekannt, bei der ein zentraler Kanal zur Führung der zersetzbaren Gase und ein koaxial zum zentralen Kanal angeordneter Ringkanal zur Führung der Trägergase vorgesehen sind. Auch durch diese Lösungen wird jedoch nicht verhindert, daß Düsenteile, die der Zersetzungstemperatur für die Beschichtungsgase ausgesetzt sind, von den Beschichtungsgasen benetzt werden. Aufwachsungen sowie Verstopfungen sind daher auch bei diesen bekannten Düsen nicht zu vermeiden.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Düse zur Zuführung von Gasen zu schaffen, bei der die Bildung von Ausscheidungen auf Teilen der Düse und somit eine Verstopfung der Düse praktisch ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird g8mäß der Erfindung bei einer Düse der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß die den Ringkanal nach außen begrenzende Wandung in eine Verengung mündet und daß die Mündung des auf die Verengung ausgerichteten zentralen Kanals sowie die Mündung das Ringkanals im Abstand von dar Verengung angeordnet sind.

Dia von dan Baschichtungsgasen durchströmte Mündung des zentralen Kanals liegt, da sie im Abstand von der an das Fließbett angrenzenden Verengung angeordnet ist, im Inneren dar Düse. Sie befindet sich somit auf einer niedrigeren Temperatur als der für die Zersetzung der Beschichtungsgase erforderlichen Zarsetzungstemperatur. Eine Bildung von Ausscheidungen an dan die Mündung des

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zentralen Kanals bildenden Teilen der Düse ist somit nicht möglich, Ua ferner der durch den zentralen Kanal auf die Mitte der Verengung ausgerichtete Beschichtungsgasstrom von dem aus dem Ringkanal austretenden Trägergasstrom seitlich umhüllt und somit von der den Trägergasstrom zur Verengung leitenden Wandung der Düse ferngehalten wird, wird auch an den übrigen Teilen der Düse die Bildung von Abscheidungen vermieden. Das gilt insbesondere auch Für die die Engstelle bildenden Teile der Düse, die sich auf der für die Zersetzung der Beschichtun^sgase erforderlichen Temperatur befindsn. Dabei hat sich ala zweckmäßig erwiesen, daß die Verengung eine nach innen spitz zulaufende Kante aufweist.

Eine vorteilhafte weitere Ausbildung der Düse gemäü der Erfindung besteht darin, daß der zentrale Kanal durch ein axial verschiebbares Innenrohr gebildet wird. Dauurch ist es möglich, die Mündungen von Zentralkanal und Ringkanal auf einen optimalen Abstand von der Verengung einzustellen, wie dies bei Veränderung der in das Fließbett eingebrachten Gasmenge erforderlich sein kann.

Eine weitere verteilhafte Weiterausbildung der Düse gemäß der Erfindung besteht ferner darin, daß im Ringkanal zur Erzeugung einer gleich verteilten Geschwindigkeit des den Ringkanal verlassenden Trägergases eine poröse Schicht oder dergleichen vorgesehen ist. Dadurch wird eine den zentralen Beschichtun^sgasstrom gleichförmig umgebende Hüllschicht aus Trägsrgas gebildet.

Drei Ausführungsbeispiele der Düse gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestsllt und werden im folgenden naher erläutert:

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Es zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt durch eine Düse mit zylindrisch ausgebildetem Raum zwischen den Mündungen von Zentralkanal sowie Ringkanal und der Verengung der Düse

Figur 2 einen Querschnitt durch eine Düse mit konisch ausgebildetem Raum

Figur 3 einen Querschnitt durch uine Düse

mit stromlinienförmig ausgebildetem Raum.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist die Düse einen zentralen Kanal 1 und einen den zentralen Kanal umgebenden Ringkanal 2 auf. Die den Ringkanal 2 begrenzende Wandung mündet in eine Verengung 4, die zugleich den unteren Abschluß des in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Fließbettes 5 bildet. Die freie Fläche der Verengung ist so gewählt, daß keine Brennstoff- oder Brutstoffkerne nach unten in die Düse gelangen. Der Durchsatz des aus Beschichtungs- und Trägergas gebildeten Gasstromes durch die Verengung muß dabei mindestens so hoch sein, daß keine Partikeln nach unten in die Düse gelangen, was beispielsweise bei einem Durchmesser der Verengung von B mm ohne weiteres möglich ist. Wie aus der Zeichnung ferner hervorgeht, sind die Mündungen von Zentralkanal 1 und Ringkanal 2 im Abstand von der Verengung 4 angeordnet. Das den inneren Kanal 1 bildende Innenrohr B befindet sich daher nicht auf der zur Zersetzung des Beschichtungsgases erforderlichen Temperatur.

Der den zentralen Kanal 1 verlassende BeschichtungBgasstrom sowie der den Ringkanal 2 verlassende Trägergasstrom gelangen quasi in getrennten Strömungsbahnen zur Verengung 4, wobei das Material der Verengung nur von dsm inerten Trägergas umspült wird. Zur Erzeugung einer

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gleich verteilten Geschwindigkeit des den Ringkanal verlassenden Trägergases ist im Ringkanal eine/porüse Schicht 7 bildende ringförmig ausgebildete Platte 7 aus porösem Graphit oder Sintermetall vorgesehen, dia zugleich als Halterung für das in axialer Richtung verschiebbare Innenrohr C dient. Dadurch, daß das Trägergas durch die poröse Schicht 7 hindurchgeleitet wird, wird ein weitgehsnd uniformes Geschwindigkeitsprofil im Trägergasstrom erzielt.

Die Wandung 3 kann entsprechend der Darstellung in Figur 1 eine zylindrische Form aufweisen, jedoch auch entsprechend den Darstellungen in den Figuren 2 und 3 zur besseren Führung des Trägergasstronies zur Verengung 4 konisch oder stromlinienförmig ausgebildet sein.

Als Materialien für die Wandung 3, die die Verengung 4 bildenden Teile der Düse sowie das den zentralen Kanal 1 bildende Innenrohr sind geeignete Graphitsorten oder hochwarmfeste Metalle wie warmfester Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4828 oder 1.4841 (amerikanische Werkstoffbezeichnung AISI 309 oder AISI 310) vorgesehen.

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Claims

Patentansprüche

1. OQse zur Zuführung von thermisch zaraatzbaren Gasen zur Beschichtung von Brennstoff- und Brutatoffkernan fur Kernreaktoren sowie dar zur Beschichtung erforderlichen Trägergasa, bai dar ein zentraler Kanal zur Führung der zersetzbaren Gase und ein koaxial zum zentralen Kanal angeordneter Ringkanal zur Führung der Trägergase vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,* daß dia dsn Ringkanal (2) nach außen begrenzende Wandung (3) in eine Verengung (4) mündet und daß die Mündung des auf die Verengung ausgerichteten zentralen Kanals (1) sowie die Mundung des Ringkanals (2) im Abstand von der Verengung angeordnet sind·

2. Düse nach Anspruch 1# dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (4) aina nach innen spitz zulaufende Kants aufweist.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet« daß der zentrale Kanal durch ein axial verschiebbares Innenrohr (6) gebildet wird·

4. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche« dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal zur Erzeugung einer gleich verteilten Goschwindigkeit dan den Ringkanal (2) verlassenden Träger· gases eine poröse Schicht (7} oder dergleichen vorgesehen ist·

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