DE2617067C3

DE2617067C3 - Vorrichtung zum Aufbrechen der Hüllschichten von beschichteten Brenn- und/ oder Brutstoffpartikeln für Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2617067C3
Application number: DE2617067A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr. Hauset Boehnert (Belgien); Klaus 5100 Aachen Hartmann
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1976-04-17
Filing date: 1976-04-17
Publication date: 1978-12-21
Also published as: DE2617067A1; FR2347982A1; FR2347982B1; DE2617067B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbrechen der insbesondere aus SiC bestehenden Hüllschichten von beschichteten Brenn- und und/oder Brutstoffpartikeln für Kernreaktoren, bei der eine an eine Druckgasversorgung anschhtßbare Einrichtung zur Erzeugung eines auf eine feste Wand gerichteten Gasstromes und eine Einrichtung zum Auffangen der beim Aufprall der Teilchen auf die feste Wand -to voneinander gelösten Hüllschichten und Kernen vorgesehen sind, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des auf die feste Wand gerichteten Gasstromes aus einem auf die feste Wand ausgerichteten Rohr besteht.

Bei der Wiederaufarbeitung von Brennelementen für Kernreaktoren werden die Brennelemente nach deren Einsatz im Kernreaktor einem naßchemischen Verfahren unterworfen, um die noch verwendungsfähigen Restspaltstoffe zurückzugewinnen. Dabei ist es jedoch insbesondere dann, wenn die Spaltstoffe im Brennelement in beschichteten Partikeln eingeschlossen sind, erforderlich, die Hüllschichten vorher zu entfernen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Beschichtung aus einer aus SiC bestehenden, chemisch inerten Hüllschicht besteht.

Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen der Hüllschicht von dem die Spaltstoffe enthaltenden Kern der Partikeln sind bekannt. So ist beispielsweise aus Chem. Ing. Techn. 37. Jahrgang 1965, Heft 9 bekannt, die Partikeln in eine Kugelmühle zu geben, worin die Hüllschichten der Partikeln durch die kugelförmigen Mahlkörper aufgeschlagen werden, sich dadurch von den Kernen lösen Und somit von den Kernen getrennt werden können. Auch ist aus JÜL-741-1972 ein Verfahren bekannt, bei dem die Hüllschichten der f>5 Partikeln beim Durchtritt der Partikeln durch eine Spalte zwischen zwei sich drehenden Walzen aufgebro^ chen werden. Ferner ist aus GuIf-Ga-A 12422, 1973, Quarterly-Progress-Report, HTGR-Report ein Verfahren bekannt, bei dem die Partikeln über eine Rohrleitung in das Zentrum eines Hochgeschwindigkeitsrotors eingegeben werden und nach Beschleunigung in radial ausgerichteten Kanälen auf eine feste Wand aufprallen, wobei die Hüllschichten zerstört werden. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, daß die Partikeln durch eine Luftströmung in den Spalt des Rotors und der Statorscheibe einer Diamantscheibenmühle gedrückt werden, wobei die Hüllschichten aufgebrochen werden. Alle diese bekannten Verfahren haben jedoch den gemeinsamen Nachteil, daß auch ein hoher Anteil an Kernen zerbrochen wird, wobei eine relativ große Menge an Feinstaub anfällt. Hierdurch wird die anschließende Trennung der Hüllschichtteile von den Kernen sehr erschwert Von Nachteil ist weiterhin, daß die zur Durchführung der bekannten Verfahren erforderlichen Vorrichtungen rotierende Bauelemente enthalten, die dem Verschleiß unterworfen sind. Eine ständige Wartung ist daher unabdingbar. Auch ist nicht bei allen bekannten Verfahren eine kontinuierliche Betriebsweise möglich.

Es ist daher auch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art entwickelt worden, bei dem die Partikeln in einem Gefäß durch ein von unten einströmendes Gas aufgewirbelt werden und bei dem durch ein seitlich in das Gefäß hineinragendes Rohr in die so gebildete Wirbelschicht ein Gasstrahl geschickt wird, der die Paifikeln auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, bei der durch ein- oder mehrmaligem Aufprall der Partikeln auf eine feste Wand oder die Wandung des Wirbelschichtbettes oder durch Zusammenstoß mit anderen Partikeln die Hüllschichten aufbrechen (W. B. P a 1 m e r »Breaking Silicon Carbide Coated Unirradiated Ft. St. Vrain, Fuel Particles by Jet Grinding« Idaho, USA, J. C. P.-1043, April 1974). Dabei ist jedoch von Nachteil, daß die optimale Einstellung des Gasdruckes, des Abstandes zwischen dem Rohrende und der festen Wand sowie des Durchmessers des Rohres sehr schwierig ist, da sich für verschiedene Partikelsorten jeweils unterschiedliche Werte ergeben. Von Nachteil bei dem bekannten Verfahren ist ferner, daß die Durchsatzleistung für die Partikeln trotz eines hohen Betriebsdruckes für die zuzuführende Luft und des damit verbundenen hohen Luftverbrauches nur gering ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Aufbrechen der Hüllschichten von beschichteten Brenn- und/oder Brutstoffpartikeln für Kernreaktoren zu schaffen, die einfach im Aufbau und auf einfache Weise auf die unterschiedlichen Partikelsorten einstellbar ist, zugleich aber bei hoher Durchsatzleistung ein Abtrennen der Hüllschichten von den Kernen praktisch ohne B-Idung von Feinstaub ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innendurchmesser des Rohres im Bereich des 1,5- bis 50fachen des Durchmessers der Teilchen liegt und daß das Rohr im Abstand von der Mündung eine seitliche Zuführung zur Eingabe der Teilchen in den Gasstrom aufweist, wobei der Abstand zumindest so bemessen ist, daß die im Rohr durch den Gasstrom mitgeführten Teilchen auf die zum Aufbrechen der Hüllschichten beim Aufprall auf die fesle Wand notwendige Geschwindigkeit gebracht werden.

Die Zuführung zur Eingabe der Partikeln in den Gasstrom wird dabei zweckmäßigerweise an einen Vorralsbehälter für die Partikeln angeschlossen, so daß

die Partikeln vom Vorratsbehälter direkt in das Rohr gelangen, in dem sie auf die zur Zerstörung notwendige Geschwindigkeit gebracht werden. Die Wahl des Abstandes zwischen der Mündung des Rohres und der festen Wand ist dabei nicht kritisch, jedoch ist dieser Abstand selbstverständlich so zu wählen, daß der Geschwindigkeitsverlust der Partikeln nach Verlassen des Rohres bis zum Erreichen der festen Wand vernachlässigbar klein bleibt.

Zwar ist aus der US-PS 21 75 457 eine Vorrichtung bekannt, bei der Teilchen mittels eines Gasstromes durch eine Rohrleitung in Richtung auf eine Prallwand geschleudert werden. Die bekannte Vorrichtung ist jedoch zur Behandlung von Erz- und Gesteinsteilchen vorgesehen und somit in einem Fachgebiet eingesetzt, das technologisch mit der Behandlung von Brenn- und/oder Brutstoffpartikeln in keinem Zusammenhang steht

Beim Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die Partikeln jeweils nur einmal gegen die feste Wand geschleudert, wodurch eine Beschädigung der Kerne praktisch vermieden wird. Dabei hat sich gezeigt, daß bei geeigneter Wahl des Abstandes der Eingabestelle der Partikeln in den Gasstrom von der festen Wand unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Gasstromes eine sehr hohe Hüllbruchrate erzielt wird. Die Zahl der Partikeln, die mehrmals in den Gasstrom eingegeben werden müssen, ist daher verhältnismäßig gering.

Wie sich gezeigt hat, liegt der zur Durchführung des Verfahrens zum Aufbrechen der Hüllschichten erforderliche Betriebsdruck für das die Partikeln beschleunigende Gas bei Partikeln mit einem Durchmesser von 01, bis 1,5 mm und einem Innendurchmesser des Rohres von etwa 4 mm im Bereich von etwa 2 bis 4 ata. Eine Regelung der Gasgeschwindigkeit ist daher durch Veränderung des Gasdruckes leicht möglich. Dabei hat sich ferner als vorteilhaft erwiesen, daß das Rohr aus zumindest zwei voneinander lösbaren und miteinander fest verbindbaren Teilstücken besteht. Denn dadurch ist es auf einfache Weise möglich, die Länge des Rohres durch Aus'.iusch eines Teilstückes an die Betriebsbedingungen, insbesondere auch an die Partikelgrößen, anzupassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem senkrecht stehenden, rohrförmigen, an seinen beiden Enden mit öffnungen versehenen Behälter 1 und einem seitlicn in den Behälter 1 mündenden Rohr 2, das über ein seitlich angeordnetes Verbindungsrohrstück 3 mit einem Vorratsbehälter 4 für die Partikeln in Verbindung steht und mit seinem von dem Behälter 1 abgewandten Ende mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Druckgasversorgung verbindbar ist.

Zur Durchführung des Verfahrens wird über das Rohr 2 Druckluft oder ein sonstiges Druckgas, wie beispielsweise CO2 oder N2, in den Behälter 1 eingespeist. Zugleich werden aus dem Vorratsbehälter 4 über das Verbindungsrohrstück 3 Partikeln in das Rohr 2 gegeben, wo sie durch den Gasstrom mitgerissen und bis zum Ende des Rohres 2 auf eine Geschwindigkeit gebracht werden, die ausreicht, vm die Hüllschichten der Partikeln bei deren Aufprall auf der der Mündung des Rohres 2 gegenüberliegenden, aus einem prallharten Material bestehenden Wand-ng des Behälters 1 aufzubrechen. Während dabei die von der Hüllschicht befreiten Kerne sowie die unbeschädigten Partikeln von der Wandung nach unten auf den als Anströmboden ausgebildeten Zwischenboden 5 des Behälters 1 fallen, werden die Hüllschichtteile durch einen von unten durch die Öffnung 6 und den Zwischenboden 5 geleiteten Gasstrom nach oben mitgerissen und durch die obere Öffnung 7 im Behälter 1 zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Zyklon weitergeleitet Die am Zwischenboden 5 angesammelten Kerne und unbeschädigten Partikeln werden über die öffnung 8 dem Behälter 1 entnommen und durch die Anwendung eines Trennverfahrens, wie Sieben oder Windsichten, voneinander getrennt

Mittels einer Vorrichtung der in der Zeichnung dargestellten Art wurden die Hüllschichten von Partikeln eines Durchmessers zwischen 0,4 und 0,9 mm von den Kernen getrennt Der Innendurchmp.sser des Rohres 2, das mit einer Druckluft von 4 ata versorgt wurde, betrug 4 mm. Der zwischen dem Verbindungsrrhrstück 3 und dem Behälter 1 befindliche Teil des Rohres 2 hatte eine Länge von 150 mm, der Durchmesser des Behälters 1 betrug 40 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufbrechen der insbesondere aus SiC bestehenden Hüllschichten von beschichteten Brenn und/oder Brutstoffpartikeln für Kernreak- $ toren, bei der eine an eine Druckgasversorgung anschließbare Einrichtung zur Erzeugung eines auf eine feste Wand gerichteten Gasstromes und eine Einrichtung zum Auffangen der beim Aufprall der Teilchen auf die feste Wand voneinander gelösten Hüllschichten und Kernen vorgesehen sind, wobei die Einrichtung zur Erzeugung des auf die feste Wand gerichteten Gasstromes aus einem auf die feste Wand ausgerichteten Rohr besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser is des Rohres (2) im Bereich des 1,5- bis 50fachen des Durchmessers der Teilchen liegt und daß das Rohr (2) im Abstand von der Mündung eine seitliche Zuführung (3) zur Eingabe der Teilchen in den Gasstrom aufweist, wobei der Abstand zumindest so bemessen ist, daß die im Rohr durch den Gasstrom mitgeführte.! Teilchen auf die zum Aufbrechen der Hüüschichten beim Aufprall auf die feste Wand notwendige Geschwindigkeit gebracht werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) aus zumindest zwei voneinander lösbaren, miteinander fest verbindbaren Teilstücken besteht.