Вихревая камера Советский патент 1982 года по МПК B01D45/12 B01D8/14 

(54) ВИХРЕВАЯ КАМЕРА

Изобретение относится к технике нанесения покрытий на частицы ядерного топлива в кипящем слое и может быть использовано в промышленности, изготовляющей микротепловыделяющие элементы для высокотемпературных ядерных реакторов. Известны реакторы для нанесения покрытий На частицы ядерного топлива в псевдоожиженном гравитационном кипящем слое, представляющие собой печь с цилиндрической реакционной зоной, ввод реакционного и транспортного газа в которую осуществляется через донную часть зоны 1 и 2. Недостатки этих реакторов заключаются в том, что в гравитационном кипящем слое частиц, находящемся в цилиндрической реакционной зоне, не обеспечивается равномер ный профиль скоростей газа по сечению и в центре кипящего слоя скорости больще чем у стенок, поэтому частицы опускаются у стенок донной части и прилипают к газораспределителю, закупоривая сопла для ввода газа. Известна также вихревая камера, содержащая цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крыщками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточные направляющие аппараты, патрубок для загрузки твердых частич и патрубки для выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер 3. Однако нанесение покрытий, особенно многослойных, в известной вихревой камере можно производить только в периодическом процессе, останавливая работу при смене реакционного газа и при выгрузке микротвэлов, что снижает производительность и исключает возможность автоматизации процесса. Целью изобретения является повышение производительности и автоматизации процесса нанесения покрытий. Поставленная цель достигается тем, что в вихревой камере, содержащей цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточiibie 11а1 равляющие аппараты, патрубок для загрузки твердых частиц и патрубки для выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер, каждая кольцевая камера снабжена дополнительными патрубками для загрузки тве)дых частиц, расположенными под углом 5--30° к поверхности торцовой крышки по направлению вращения потока газа со смещением к центру камеры, и патрубками для ввода газовых реагентов па периферии камер, причем патрубки для выгрузки распо.тожены под углом 5-30° к поверхности торцовой крышки, направлены против врашения нотока газа и соединены с патрубками загрузки соседних камер через задвижки.

На чертеже представлена вихревая камера д.ля напесе1шя покрытия на частицы ядерного топлива.

Вихревая камера состоит из корпуса 1, входных патрубков с раздаточным ресивером 2, торцовых крышек 3, цилиндрических лопаточных направляющих aimapaTOB 4-6, выходного патрубка 7. трубопровода с задвижкс й 8, трубопровода с задвижкой 9, кана.лов в торцовых крышках для систем подачи частиц ядерного топ;1ива 10, ввода реакционных газов 11--13 и вывода микротвэлов 14.

Вихревая камера работает при нанесении, например, графитовых многослойных покрытий следующим образом.

Через входные натрубки и рееивер 2 подается под давлением трапспортпый газ. например аргон, который последовательно проходит через направляющие анпараты 4-6 и выходит через патрубок 7 вывода 1аза. Благодаря щеля.м в нанравляющих лопаточHt)ix аппаратах, лопатки которого направлены под углом 50-85° к радиусу, за ними образуются кольцевые закрученные потоки газа. Загрузка вихревой ка.меры частицами ядерного топлива осуществляется пневмотранспортом но каналам 10 во внутреннюю часть объе.ма ограниченного торцовь ми крышками 3 и направляющими аппаратами 4 и 5. Порция ядерных частиц, подлежапшх покрытию, образует устойчивый центробежный кипяп ий слой, раскрывающийся к оси, в который вводится по каналам 11 в середину объема слоя газообразный углеводород (СзИг). При 1250°С газообразный углеводород разлагается на ионы и радикалы и углерод осаждается на поверхности ядерных частиц. После нанесения на частицы ядерного топлива слоя буферного нокрытия из углерода, необходимой толщины, открывается задвижка 8 и микротвэлы перепадом давления нневмотрапспортируются во внутреннюю область объема реакционной зоны, ограниченного крышками и направляющими аппаратами 5 и 6 и образует в нем концентрированный центробежный кипящий слой. В середину области этого слоя подается реакционный газ ( + СзНб), который при

1300°С образует плотный внутренний слой углеродного покрытия. Затем микротвэлы с наружного радиуса слоя нри открытии задвижки 9 пневмотранспортируются во внутреннюю область, расположенную за направляющим лопаточным аппаратом 6, где образуют концентрированный кипящий слой, в среднюю область которого подается реакционный газ (CHjSi Clj). При 1500°С в этой области реакционной зоны на микротвэлах образуется наружное покрытие из карбида кремния. Микротвэлы, имеющие трехслойное покрытие, выгружаются из реактора по каналу 14 пневмотранспортом. Для обеспечепия непрерывной работы реактора нри открытии задвижки 8 во внутреннюю

часть объема, ограниченного направляющими аппаратами 4 и 5, непрерывно пневмотранспортируются частицы ядерного топлива, скорость поступления которых определяется скоростью осаждения углерода. По мере уве.чичения толщины нокрытия частицы в кольцевом кинящем слое между аппаратами 4 и 5 увеличивают диаметр своей равновесной орбитьз (диаметр равновесной орбиты частицы в плотном центробежном кипяще.м слое определяется произведением плотности на

диаметр частицы). Частицы, имеющие необходимую толщину внутреннего слоя покрытия и, следовательно, .максимальный диаметр своей орбиты, выгружаются пневмотранспортом во вторую реакционную зону, где по мере увеличения толщины буферного слоя частицы приближаются к отверстию для их перегрузкив следующую реакционную зону.

Для получения качественных покрытий и сферичных .микротвэлов можно регулировать скорость осаждения как изменением скорости ввода реакционных газов, так и расходом транспортного газа, а также скоростью подачи частиц ядерного топлива и скоростью выгрузки микротвэлов. Ввод частиц и реакционных газов в зоны реактора

осуществляются по каналам в торцовых крышках под углом 5-30° к плоскости крышек в направлении кипящего слоя, это обеспечивает дополнительную подкрутку слоя.

Вывод частиц из реакционных зон осуществляется по каналам в торцовых крыщках, направленных под углом 5-30° к их плоскости, навстречу вращения слоя, чтобы его не тормозить.

Использование предлагаемого реактора 50 Д-1я нанесения покрытий на частицы ядерного топлива обеспечивает получение микротвэлов с качественным покрытием и высокой степенью их сферичности, возможность осуществлять регулировку скорости осаждения нокрытия с помощью аэродинамического управления процессом осаждения и повыщение нроизводительности в несколько раз в связи с непрерывностью процесса нанесения многослойных покрытий. Формула изобретения Вихревая камера, содержащая цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер,установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточные направляющие аппараты, патрубок для загрузки твердых частиц и патрубки для выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крыщке корпуса на периферии камер, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и автоматизации процесса нанесения покрытий на частицы ядерного топлива, каждая кольцевая камера снабжена дополнительными патрубками для загрузки твердых частиц, расположен/ Z J / S / ными под углом 5 - 30° к поверхности торцовой крышки по направлению вращения потока газа со смешением к центру камеры, и патрубками ввода газовых реагентов на периферии камер, причем патрубки для выгрузки расположены под углом 5-30° к поверхности торцовой крышки, направлены против вращения потока газа и соединены с патрубками загрузки соседних камер через задвижки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 4067118, кл. 34-10, опублик. 01.10.78. 2.Опубликованная заявка ФРГ №2846160, кл. F 15 D 1/02, опублик. 08.05.80. 3.Патент Великобритании № 1257886, кл. В 04 С 7/00, опублик. 22.12.71. /J