DE1696436B1

DE1696436B1 - Verbindung von Graphitteilen

Info

Publication number: DE1696436B1
Application number: DE19611696436
Authority: DE
Inventors: Ludwig Gress; Friedrich Selka
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1961-03-29
Filing date: 1961-03-29
Publication date: 1969-09-25
Also published as: US3260651A; GB983590A; CH400388A

Description

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Sind Graphitteile miteinander zu verbinden, so ist Stopfen 7 eine kugelförmige Oberfläche darbietet, es häufig erwünscht oder notwendig, daß die Ver- wenn von der nachgenannten Rille la und den nachbindung auch bei hohen Temperaturen gas- und bezeichneten Kanälen 7 & abgesehen wird,
flüssigkeitsdicht ist. Dies gilt besonders für Hohl- Die in den Stopfen 7 eingedrehte Rille la läuft körper aus Graphit, vor allem dann, wenn diese s kreisförmig in sich zurück und steht nach dem EinKörper selbst gas- und flüssigkeitsdicht sind. Es seien setzen des Stopfens 7 der Rille 6 c der Hülle 4 gegenhier z. B. Graphitrohre genannt, die miteinander zu über, sie deckt sich mit ihr spiegelbildlich. An die verbinden sind. Vor allem aber ist gedacht an Rille la schließen sich, parallel zur Achse des Hochtemperaturbrennstoffelemente mit einer Hüllle Stopfens 7, einige Kanäle 7 & an; vorzugsweise sind aus Graphit für Reaktoren. io es drei, um 120° über den Umfang des Stopfens 7

Wird in eine solche Graphithülle der Kernbrenn- gegeneinander versetzte Kanäle. Sie geben nach dem

stoff durch eine Einfüllöffnung eingesetzt, so ist Einsetzen des Stopfens 7 in die Hülle 4 den Rillen 6 c

anschließend die Einfüllöffnung durch einen Stopfen und la eine Verbindung mit der umgebenden Atmo-

zu verschließen. Hier ergibt sich die Aufgabe, eine Sphäre. Infolgedessen können durch die Kanäle 7 &

gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der 15 die Gase frei austreten, die sich aus dem in die

Graphithülle und dem Stopfen herzustellen. Rillen 6c und la eingebrachten Kitt beim Brennen,

Gegenstand der Erfindung ist eine besonders ein- Verkoken, Graphitieren oder sonstigen Behandlung fache und wirkungsvolle Lösung. Ihr Wesen besteht entwickeln. Der Kitt wird insbesondere in der Weise darin, daß die Verbindungsstelle als Preßsitz aus- eingebracht, daß die Rillen 6c und la vor dem Eingebildet ist und die verbundenen Graphitteile an der 20 setzen des Stopfens 7 mit dem Kitt voll ausgestrichen Verbindungsstelle eine oder mehrere gegenüber- werden.

liegende Vertiefungen aufweisen, die mit Kitt, insbe- Die Maßzahlen in den Fig. 1 und 2 und ebenso

sondere einer Kohlenstoffmasse, gefüllt sind. Vorteil- in den übrigen. Figuren sind Angaben in Millimeter,

hafterweise ist die Verbindungsstelle als zylindrischer Das Material der Hülle 4 und des Stopfens 7 kann

Preßsitz ausgebildet. 25 ein stranggepreßter Graphit sein, vorzugsweise mit

Als Kitt wird vorteilhaft eine Kittmasse verwendet, der Strangpreßrichtung in Richtung der Achse der

die durch eine Wärmebehandlung verkokt oder zylindrischen Bohrung 5 und 6 b und der Achse des

graphitiert wird. Besonders bewährt haben sich Kitt- Stopfens 7.

massen, die sich beim Brennen ausdehnen und so Bei einem Versuch mit einer Ausführung nach

die Vertiefungen vollständig ausfüllen. 30 den F i g. 1 und 2 ist ein Material mit einer Körnung

Besonders vorteilhaft ist es, eine oder mehrere von maximal 0,4 mm benutzt worden. Das Material

Vertiefungen in Gestalt kugelförmiger oder ähnlicher ist durch Flüssigimprägnierung und anschließende

Hohlräume auf die beiden Graphitteile verteilt (z. B. Verkokung auf Endpermeabilitäten von 4 · 10~⁶ cm²

im Verhältnis 1:1 oder 3 :2) vorzusehen, die zur see"¹ gedichtet worden. Die Permeabilität ist an der

Entgasung bzw. Ausdehnung oder zum Einfüllen 35 Kugel mit Bohrung nach der Vakuumverfallmethode

durch je einen Kanal in dem einen oder anderen gemessen worden.

Graphitteil oder auf beiden verteilt mit dem Außen- Wie in Fig. 1 angegeben ist, hat bei dem unter-

raum verbunden sind. suchten Ausführungsbeispiel die Bohrung 66 einen

Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungs- Durchmesser von 22 mm mit der Passung H 7 nach

beispiele; es zeigt 40 DIN 7165.

Fig. 1 im Schnitt ein Reaktorbrennstoffelement in Der zylindrische Stopfen ist aus dem gleichen

Kugelform mit einem Verschluß gemäß der Erfin- Material wie die Hülle 4 hergestellt worden mit dem

dung, jedoch noch ohne den als Verschluß dienenden Durchmesser 22 mm und der Passung m 6. Die

Stopfen, Permeabilität des Stopfens 7 entspricht der der

Fig. 2 in Seitenansicht eine Einzeldarstellung des 45 Hülle 4. Die Hülle 4 wird mit der satt sitzenden

zugehörigen Stopfens, zylindrischen Brennstoffpille unter Vakuum gefüllt.

Fig. 3 im Schnitt ein Reaktorbrennstoffelement in Darauf wird, wie schon gesagt, die Rille 6c der

Zylinderform mit dem neuen Verschluß, Hülle 4 und die Rille la des Stopfens 7 voll mit

F ig. 4 einen Schnitt nach der Linie V-V der F ig. 3. einem Kitt, z.B. einem Kitt der nachgenannten

In F i g. 1 ist im Schnitt die kugelförmige Graphit- 50 Zusammensetzung ausgefüllt. Anschließend wird der hülle eines Hochtemperaturbrennstoffelementes für Stopfen 7 im Vakuum mit einem Gesamtdruck von Reaktoren dargestellt. Die Graphithülle 4 enthält, 150 kg in die Hülle 4 bis zum Anschlag am Konus um ihren Mittelpunkt herum, eine zylindrische Boh- 6 a eingedrückt und außen, wo er zunächst etwas rung 5 zur Aufnahme des Kernbrennstoffeinsatzes übersteht, auf die Kugeloberfläche abgeschliffen. (Brennstoffpille). An die zylindrische Bohrung 5 55 Nunmehr wird die Kugel 4, 7 mit jeweils lstündigen schließt sich ein kegelförmiger Übergang 6 a und Haltestufen bei 80 und 110° C bis auf 250° C gedaran eine zylindrische Bohrung 6 & an. Diese ist bracht. Darauf wird sie unter einem nicht oxydierennahe der Kugeloberfläche zu einer kreisförmig in den Schutzgas bei 1000° C gebrannt,
sich zurücklaufende Rille 6c erweitert. Die Bohrung Der zum Füllen für die Rillen 6c und la benutzte oder in anderer Bezeichnung die Einfüllöffnung 6 & 60 Kitt kann, wie bei dem beschriebenen Versuch, von ist nach dem Einsetzen der Brennstoffpille gas- und folgender Zusammensetzung sein:
luftdicht zu verschließen. Hierzu dient der in F i g. 2

in Einzeldarstellung gezeigte zylindrische Stopfen 7 80 Gewichtsteile Reinstgraphitpulver der Köraus Graphit. Er ist nach seiner Höhe und dem Ver- nung 60 μ,

lauf seines Kopfteils im wesentlichen von gleicher 65 15 Gewichtsteile Furfuracroleinharz (Konden-

Gestalt wie der Teil, der zur Bildung,der Bohrung 6 b sationsprodukt aus Furfurylalkohol mit

aus der Hülle 4 herausgeschnitten ist, so daß nach Acrolein) mit einer Viskosität von 500 cP

dem Einsetzen des Stopfens 7 die Hülle 4 mit dem bei 20° C,

4 Gewichtsteile Benzotrichlorid,
1 Gewichtsteil Benzolsulfosäurehydrazid
Treibmittel.

als

Die Temper- und Pyrolysegase (anfänglich HCl, dann H₂O und Kohlenwasserstoffe) entweichen durch die Entgasungskanäle 7 b, die bei dem Ausführungsbeispiel einen lichten Durchmesser von etwa 0,5 mm haben. Es ist leicht zu ersehen, daß der in den Rillen 6c und la befindliche Kitt nach dem Erhärten oder Brennen den Stopfen 7 zusätzlich festlegt gegenüber der Hülle 4, im vorliegendene Falle ihn gegen eine axiale Verschiebung relativ zur Hülle 4 sichert. Der Kitt kann auch eine zusätzliche Dichtung bedeuten. Die Wirkung wird erhöht, wenn ein Kitt benutzt wird, der sich beim Brennen ausdehnt. Hierfür können Kitte mit Treibzusätzen verwendet werden, z. B. beschrieben in der deutschen Auslegeschrift 1186 959.

Bei dem genannten Versuch mit einer Ausführung nach den Fig. 1 und 2 ist an der fertiggebrannten Kugel mit HiKe einer Meßbohrung, die bis zum Hohlraum zwischen der Brennstoffpille und dem Stopfen 7 reicht, die Permeabilität gemessen worden. Es hat sich hierbei eine Permeabilität von 7 · 10~⁶ cm² see"¹ ergeben.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2 sind die Rillen 6 c und 7 α so angeordnet, daß der eingebrachte Kitt den Stopfen 7 gegen eine axiale Verschiebung relativ zur Hülle 4 sichert. Die Rillen und/oder die sonstigen Vertiefungen lassen sich aber auch so anbringen, daß sie — gefüllt — die beiden Graphitteile gegen jede Relativbewegung, in welcher Richtung es auch sei, zueinander sichern.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 und 4, das wieder ein Brennstoffelement für Reaktoren darstellt, ist die Hülle 8 zylindrisch bzw. becherförmig gestaltet. Vom offenen Ende her wird der Kernbrennstoff, z. B. in Gestalt von Brennstofftabletten, eingefüllt. Darauf wird der Stopfen 9 eingebracht. Zur Aufnahme des Stopfens 9 ist die Bohrung der Hülle 8 zum offenen Ende hin etwas weiter gehalten, so daß der Stopfen 9 einen Anschlag findet. Die zylindrische Bohrung zur Aufnahme des Stopfens 9 und dieser selbst sind mit Passungen aufeinander abgestimmt, für die das oben Gesagte gilt. Der Stopfen 9 und die Hülle 8 bestehen aus Graphit. Auch hier gelten die obigen Ausführungen.

Zum Festlegen des Stopfens 9 in seiner Lage zur Hülle 8 sind am Umfang des Stopfens 9 drei axiale Kanäle 9 a angebracht. An sie schließen kugelige Vertiefungen an, die je zu einem Teil in dem Stopfen 9 und zum anderen Teil in der Hülle 8 angebracht sind. Die zusammenwirkenden Teile der Vertiefungen 10 stehen bei der Sollage des Stopfens 9, wie dargestellt, einander gegenüber und ergänzen sich alsdann — bis auf die Öffnungen zu den Kanälen 9 α hin — je zu einem kugelförmigen Hohlraum.

Der Kitt, insbesondere ein brennbarer Kitt, kann in der gleichen Weise, wie es oben angegeben ist, eingefüllt werden. Statt dessen — das gilt auch sonst, insbesondere für die Ausführung nach F i g. 1 und 2 und für ähnliche Ausführungen — kann die Kittmasse auch über die »Entgasungskanäle«, im Falle der Fi g. 3 und 4 also über die Kanäle 9 a, eingefüllt werden.

Dieses Einfüllverfahren, bei dem also nach dem Einbringen des Stopfens die Kittmasse in die Vertiefungen eingeführt wird, ist besonders dann vorteilhaft, wenn erst die geschlossene Hülle in ihrer Gesamtheit gedichtet wird, z. B. durch eine Flüssigimprägnierung (Imprägnierung mit Harzen). Das gilt insbesondere auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4. Hier sei der becherförmige Graphitkörper 8 z. B. mit Karbidbrennstoffelementen gefüllt, die ihrerseits durch Pyrographitschichten gasdicht verschlossen sind. Der nach dem Einfüllen der Brennstoffelemente eingepreßte zylindrische Stopfen 9 kann die Passung m6 und die zugehörige zylindrische Bohrung im Körper 8 kann die Passung H 7 haben. Die drei Kanäle 9 α in der Mantelzone des Stopfens 9 haben z. B. einen Durchmesser von 2 mm und eine Tiefe von 7 mm. Der sich an jeden Kanal 9 a anschließende und mit ihm verbundene kugelförmige Hohlraum 10 hat einen Durchmesser von etwa 5 mm, davon etwa 3 mm im Stopfen 9 und 2 mm in der Hülle 8. Die Hülle 8 wird, nachdem der Brennstoff im Vakuum eingefüllt und der Stopfen 9 eingepreßt ist, mit einer Harzlösung (Furfuracroleinharz, Viskosität 1000 cP bei 20° C) bei Raumtemperatur im Vakuumdruckverfahren »imprägniert«. Diese hochviskose Harzlösung kann jedoch nicht durch die dünnen Poren des feinkörnigen Graphites eindringen, sondern nur die oberflächennahen großen Poren ausfüllen sowie die Graphitformkörper mit einem Harzfilm überziehen und vor allem in die Kanäle 3 a des Verschlusses eindringen und diese ganz füllen. Das Harz wird ähnlich wie oben angegeben getempert und bei 1000° C gebrannt; der Imprägnierschritt wird 1- bis 2mal wiederholt. Man erhält einen sehr festen Verschluß und außerdem eine gute Abdichtung des ganzen Graphitkörpers 8, 9 gegen Gasaustritt aus dem Inneren.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung von Graphitteilen, insbesondere zur Erzielung einer gas- und flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen Graphithülle und Verschluß eines Reaktorbrennstoffelementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstelle als Preßsitz ausgebildet ist und die verbundenen Graphitteile an der Verbindungsstelle eine oder mehrere gegenüberliegende Vertiefungen aufweisen, die mit einem Kitt, insbesondere einer Kohlenstoffmasse, gefüllt sind.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung als zylindrischer Preßsitz ausgebildet ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kitt aus einer verkokten oder graphitierten Kittmasse besteht.

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine beim Brennen sich ausdehnende Kittmasse verwendet ist.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Vertiefungen in Gestalt kugelförmiger oder ähnlicher Hohlräume auf die beiden Graphitteile verteilt angebracht und diese je durch einen Kanal — im einen oder anderen Graphitteil oder auf beide verteilt — mit dem Außenraum verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen