DE2902214C2

DE2902214C2 - Vorrichtung zur Urananreicherung nach dem Trenndüsen-Verfahren

Info

Publication number: DE2902214C2
Application number: DE2902214A
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(grad.) 4300 Essen Wenzel
Original assignee: Nustep Trennduesen Entwicklungs- und Patentverwertungsgesellschaft Mbh & Co Kg 4300 Essen De
Current assignee: Nustep Trennduesen Entwicklungs- und Patentverwertungsgesellschaft Mbh & Co Kg 4300 Essen De
Priority date: 1979-01-20
Filing date: 1979-01-20
Publication date: 1984-12-13
Also published as: AU5449280A; JPS5854848B2; CA1141306A; FR2446665B1; BR8000342A; AU529163B2; ES487597A0; JPS5599326A; ES8102704A1; DE2902214A1; US4305739A; FR2446665A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung zur Urananrcicherung nach dem Trenndüscn-Verfahren, — mit

zylindrischem Behältermantcl,

mehrstufig aus Trenndüsenaggregaten aurgebauter Trcnnkaskadt,

den Trenndüsenaggregaten zugeordneten Kühlern, in dem zylindrischen Behältermantel angeordnetem, entsprechend der Trenndüsenkaskade mehrflutigem Radialverdichter mit mehrflutigem Rotor und Diffusorbauleilen

sowie Gaskanälen für die Gaszuführung, die Gasabführung, für die Integration der Bauelemente und für die Integration der Trenndüsenaggregate zur Trennkaskade. Im allgemeinen und bevorzugt ist der zylindrische Behältermantel und damit der Behälter insgesamt liegend angeordnet.

Trenndüsen sind bekanntlich Geräte zur Isotopentrennung, wobei der Umstand ausgenutzt wird, daß aus einem Gasstrahl die leichteren Teilchen schneller abdiffundicren als die schweren. Bläst ein solcher Gasstrahl in die öffnung einer entsprechend eingerichteten Düse, so ist das von der Düse erfaßte Gas mit dem schwereren Isotop ein wenig angereichert, während das leichtere sich in dem an der Düse vorbeiströmenden, gleichsam abgeschälten Teil des Gases ansammelt (vgl. DE-PS 10 52 955, DE-PS 10 91541). Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Stufen kann die Anreicherung offenbar erhöht werden. Der Radialverdichter dient bei gattungsgemäßen Vorrichtungen zur Erzeugung und Förderung des Gasstromes. Die Kühler sind Wärmetauscher und dienen zur Einstellung der geeigneten Temperaturen in dem zu trennenden Gasgemisch.

Bei den gattungsgemäßen Vorrichtungen (DE-OS 27 41 461) befindet sich der Radialverdichter außerhalb und unterhalb des Behälters, während die Trenndüsenaggregate mit stehenden Trenndüsen über dem Kühler im Behälter zugeordnet sind. Die aufgrund der Außenanordnung gute Zugänglichkeit des Radialverdichters und die Möglichkeit der Verwendung von geraden durch alle Kühlstufen hindurchlaufendcn Wärmetauscherrohren erlauben einen einfachen konstruktiven Aufbau. Auch kann man die Trenndüsenaggregaie leicht zugänglich machen. Bekanntlich sind die Trenndüsen Wartungsteilc. Sie bedürfen in bestimmten Zeitabstanden der Wartung und Pflege oder des Auswcch-

selns. Das Volumen, welches von der bekannten Vorrichtung eingenommen wird, ist jedoch verhältnismäßig groß. Insbesondere stören das verhältnismäßig große Volumen der Gasverbindungskanäle im Behälter und die verhältnismäßig große Länge der Gasverbindungskanäle zwischen dem Behälter und dem außerhalb des Behälters liegenden Radialverdichter, was insgesamt auch den thermodynamischen Wirkungsgrad der Vorrichtung beeinträchtigt Zwar ist bei einer weiteren gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-AS 25 42 2%) der unter den Kühlstufen liegende Radialverdichter innerhalb des stehenden Behälters angeordnet, auch hier gelten jedoch die beschriebenen Nachteile, weil zur Aufnahme des Radialverdichters der bestehende Behälter lediglich verlängert bzw. vergrößert worden ist, die Aggregate also hintereinander angeordnet sind.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Trenndüsenaggregate, den Kühler und den Radialverdichter baulich so zu integrieren, ^Jaß sowohl ein geringeres Vorrichtungsvolumen als auch ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Radialverdichter in dem zylindrischen Bchällcrmantcl zentral und axial angeordnet ist, daß die Kühler sowie die Trennkaskade (und damit die Trcnndüsenaggregate) den Radialverdichter konzentrisch umgeben und daß die Trennkaskade und/oder die Kühler durch Wartungsausnehmungen im Behältermantel und gegebenenfalls Wartungsschächte zugänglich sind. — Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung der zylindrische Behälter gleichsam eine Symmetrieachse vorgibt, die es erlaubt, die Bauelemente selbst in besonderer Weise symmetrisch und dadurch kompakt anzuordnen. Dabei entsteht auch in der Behälterachse kein singulärer, verfahrenstechnisch nur wenig ausnutzbarer Bereich, weil nämlich nach der Lehre der Erfindung in der Behälterachse der Radialverdichter angeordnet ist, dem die gleichen Symmetrieverhältnisse von vornherein eingeprägt sind. Obwohl durch die erfindungsgemäße Anordnung für eine Vorrichtung vorgegebener Leistung das Vorrichtungsvolumen ganz wesentlich reduziert wird, bleiben die Trenndüsenaggregate leicht zugänglich, und zwar durch Warlungsausnehmungen im Behältermantel und gegebenenfalls zusätzlich eingebaute Wartungsschächte, die ohne weiteres so angeordnet werden können, daß sie funktionell die Isotopentrennung nicht stören. Für die Gasführung ohnehin vorhandene Anschlußstutzen oder Ausnehmungen am Behältermantel können zugleich als Wartungsausnehmungen ausgebildet sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durch extreme Kompaktheit der Vorrichtung insgesamt auszeichnet, geht von der Erkenntnis aus, daß die einzelnen Diffusorbauteilc des Radialverdichters ohne weiteres zusätzliche Funktionen erfüllen können, nämlich andere Bauelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufnehmen können. Das kann soweit gehen, daß der Radialverdichter in iunktioneller Hinsicht einen Diffusor gar nicht mehr aufweist und die Diffusorbauteile eine andere Funktion erfüllen oder miterfüllen. So ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndüsenaggregate in den einzelnen Diffusorbautcilen oder anstelle der Diffusorbauteile angeordnet sind, an die die Kühler anschließen. Hier sind zweekmäßigerweise die Kühler /ti einem baulich einheitlichen Wärmetauscher zusammengefaßt, der — nach Abnehme von zumindest einem Behälterdeckel und Abflanschen der Rohrleitungen — auch axial aus dem Behälter herausnehmbar sein kann. Die Kühler oder zumindest einer davon können aber auch mit einem Wartungsschacht versehen sein, so daß dadurch die Trenndüsenaggregate zugänglich sind. Zweckmäßig er-

s streckt sich der Wartungsschacht über die gesamte axiale Länge der Kühler bzw. des Wärmetauschers. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Kühler zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher zusammenzufassen, der zumindest einen solchen Wartungsschacht aufweist. Sind die Trenndüsenaggregate in den einzelnen Diffusorbauteilen angeordnet und sind die umgebenden Kühler zu einem Wärmetauscher zusammengefaßt, so besteht auch im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, mit geraden Wärmetauscherrohren zu arbeiten.

Ein anderer Vorschlag der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kühler in den einzelnen Diffusorbauteilen angeordnet sind, an die dann in radialer Richtung die Trenndüsenaggregate anschließen. Dabei können die Trenndüsenaggregate durch einen Tr ennaggregatkorb zu einer baulich einheitlichen Trennkaskade zusammengefaßt sein und diese Trennkaskade kann — nach Abnahme von zumindest einem Behälterdeckel — axial aus dem Behälter herausnehmbar sein. Es besteht aber auch die Möglichkeil, die Anordnung so zu treffen, daß die Trenndüsenaggregate durch einen Trennaggregatkorb zu einer baulich einheitlichen Trennkaskade zusammengefaßt sind, die um die Behälterachse drehbar ist. Auf diese Weise können die Trenndüsenaggregate an einem oder an mehreren Wartungsausnehmungen im

jo Behältermantel vorbeiführbar sein.

Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch auch, den Radialverdichter wie üblich mit Diffusorbauteilen auszurüsten, die ihre Funktion als Diffusor beibehalten, wenn diese Diffusorbauteile auch in radialer Richtung verkürzt werden können. Für diese Ausführungsform empfiehlt die Erfindung, die Kühler zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher zusammenzufassen, der auf die Diffusorstufcn aufgesetzt ist, und die Trenndüsenaggregate durch einen Trennaggregatkorb zu einer Trennkaskade zusammenzufassen sowie drehbar und/ oder axial verschiebbar an den Wärmetauscher anzuschließen. Alternativ kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die Trenndüsenaggregate durch einen Trennaggregatkorb zu einer Trennkaskade zusammengefaßt sind, die an die Diffusorbauteile angeschlossen ist, und daß auf die Trennkaskade die Kühler aufgesetzt sind, die nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wieder zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher zusammengefaßt sind, der mit einem War-

iu tungsschacht ausgerüstet und ggf. axial verschiebbar und aus dem Behälter herausnehmbar ist.

Die erreichten Vorteile sind hauptsächlich darin zu sehen, daß erfindungsgemäße Vorrichtungen, die für eine bestimmte Leistung ausgelegt sind, ein wesentlich geringeres Vorrichtungsvolumen benötigen als die eingangs beschriebenen bekannten Ausführungsformen. Das gilt insbesondere für die Ausführungsformen, bei denen die Diffusorbauteile neben oder anstelle ihrer Diffusorfunktion als Aufnahmen für Trenndüsenaggre-

bo gate oder Kühler dienen. Ohne weiteres können die Gaskanäle so angeordnet werden, wie es für die Gaszuführung und Abführung sowie für die Integration der Bauelemente und die Integration der Trenndüsenaggregate /ur Trennkaskade erforderlich ist. Stets erreicht

h'i man auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades.

Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Vorrichtungen anhand einer lediglich ein Ausfühningsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.

wobei anhand der Zeichnungen auch die Punktion der Vorrichtungen weiter verdeutlicht wird. Hs zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemä-Be Vorrichtung zur Urananreicherung,

Fig.2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1,

F i g. 3 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach F i g. 2 mit Detail ß,

Fig.4 entsprechend einem Ausschnitt aus dem Gegenstand nach F i g. I eine andere Ausführtingsfor m der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.5 entsprechend der Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform und

F i g. 6 einen Schnitt in Richtung C-C bzw. D-Π durch den Gegenstand nach F i g. 5.

Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen dienen zur Urananreicherung nach dem Trenndüsen-Verfahren. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung gehören

ein im Ausführungsbeispiel stets liegender zylinderischer Behältermantel 1,

eine mehrstufig aus Trenndüsenaggregaten 2 aufgebaute Trennkaskade 3,

den Trenndüsenaggregaten 2 zugeordnete Kühler 4, und

ein entsprechend der Trennkaskade 3 mehrflutiger Radialverdichter 5 mit mehrflutigem Rotor 6 und Diffusorbauteilen 7.

Der Ausdruck mehrflutiger Radialverdichter 5 meint, daß gleichsam mehrere einzelne Verdichter hintereinander angeordnet sind, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Im übrigen gehören zur Vorrichtung Gaskanäle 8 für die Gaszuführung, die Gasabführung sowie für die Integration der beschriebenen Bauelemente und für die Integration der Trenndüsenaggregate 2 zur Trennkaskade 3. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Axialschnitte und der Radialschnitte entnimmt man, daß der Radialverdichter 5 zentral und koaxial zu dem zylindrischen Behälter 1 angeordnet ist, wobei die Kühler 4 sowie die Trennkaskade 3 den Radialverdichter 5 konzentrisch umgeben. Im Behältermantel 1 befinden sich Ausnehmungen 14, die. ggf. zusammen mit weiter unten erläuterten Wartungsschächten 15 die Trenndüsenaggregate zugänglich machen. Das ist auf verschiedene Weise verwirklicht worden.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1, 2 und 3 ist die Anordnung so getroffen, daß die Trenndüsenaggregate 2 in den einzelner. Diffusorbautcilen 7 angeordnet sind, an die die Kühler 4 anschließen. Die Kühler 4 sind darüber hinaus zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher 9 zusammengefaßt, der gerade Wärmetauscherrohre 10 aufweist und dem selbstverständlich Verteiler 11 und Sammler 12 zugeordnet sind. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß dieser Wärmetauscher 9 — nach Abnahme von zumindest einem Behältcrdekkel 13 und Abflanschen der Anschlußleitungen — axial aus dem Behälter 1 herausnehmbar ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die in F i g. 2 angedeutet wurde, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kühler 4 oder zumindest einer davon mit einem längslaufcnden Warnungsschacht 15 versehen und dadurch die Trenndüsenaggregate 2 zugänglich sind. Dem Wartungsschacht 15 ist eine entsprechende Ausnehmung 14 im Behälter 1 zugeordnet Im übrigen könnte man hier die Kühler 4 auch zu einem Wärmetauscher 9 zusammenfassen. F i g. 3 zeigt, wie im Diffusorbauteil 7 die plattenförmigen Trennelementc des Trenndüsenaggregates 2 angeordnet sind.

Fig.4 macht deutlich, daß auch die Kühler 4 in den einzelnen Diffusorbauteilcn 7 angeordnet sein können, wenn diese an die Trenndüsenaggregate 2 anschließen. Man erkennt unmittelbar, daß hier die Trenndüsenaggrcgalc 2 durch einen Trennaggregatkorb 16 zu einer baulich einheitlichen Trennkaskade 3 zusammengefaßt

to sind, die dann beispielsweise — nach Abnahme eines Bchäitcrdcckcls 13 — axial aus dem Behälter 1 herausnehmbar ist. Man könnte aber auch die Trennkaskade 3 um die Bchälterachse drehbar anordnen und dadurch die Trenndüsenaggregate 2 an einem oder an mehreren

ι? Wsrlungsausnchmungen !4 im Behälicrmante! ! vorbeiführen.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 5 und 6 sind die Kühler 4 zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher 9 zusammengefaßt, der auf die Diffusorbauteilc 7 des Radialverdichters 5 aufgesetzt ist, die hier als klassische Diffusoren funktionieren. Andererseits sind die Trenndüscnaggrugate 2 durch einen Trennaggregatkorb 16 zusammengefaßt sowie axial verschiebbar und/ oder drehbar an den Wärmetauscher 9 angeschlossen.

Die Trenndüsenaggregate sind so an den Wartungsausnehmungen 14 vorbeiführbar oder herausnehmbar. Auch bezüglich dieser Ausführungsform ist eine Umkehrung möglich, bei der also die Trenndüsenaggregate 2 zu einer baulich einheitlichen Trennkaskade 3 zusammengefaßt und auf die Diffusorstufen 7 des Radialverdichters 5 aufgesetzt sind, wobei dann wieder diese Trennkaskade 3 vor einem Wärmetauscher 9 aus zusammengefaßten Kühlern 4 umgeben ist. Dieser Kühler 4 kann wiederum ein oder mehrere längslaufende War-

j5 tungsschächte 15 aufweisen, die mit Wartungsausnehmungcn 14 im Behältcrmantcl kommunizieren.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen sind ins-, besondere die Trenndüsenaggregate 2, die der häufigeren Wartung und Pflege und auch des Austausches bedürfen, ohne Schwierigkeiten zugänglich. Die Symmetrie der Anordnung insgesamt führt zu einer sehr konpaktcn Bauweise, wobei nichtsdestoweniger alle Funktionen erfüllt werden, und zwar mit gegenüber den bekannten Ausführungsformen verbessertem Wirkungsgrad. Stets können auch ohnehin vorhandene AnschluB-stutzen o. dgl. des Behältcrmantels 1 als Wartungsausnehmungen 14 dienen, wozu die Leitungen dann abgeflanschl werden.
Die Strömung des Gases in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergibt sich aus den eingezeichneten Pfeilen. Das Ausgangsgas wird über einen Gaszufuhrungsstutzcn 17 in einem der Deckel 13 zugeführt und tritt von dort in die erste Verdichterstufe 18a ein. Das Gas aus der ersten Verdichterstufe 18 strömt radial nach außen in die angeschlossenen Bauelemente. In den Trenndüsenaggregaten 2 tritt der eingangs geschilderte Effekt ein. und zwar derart, daß in den einzelnen Trenndüsen sich das schwere Isotrop ein wenig anreichert, während das leichtere an der einzelnen Trenndüse vorbeiströmt. Es kann folglich in den Trenndüsenaggregaten 2 axial abgeführt werden, während die schwerere Fraktion radial nach außen weiterströmt. Da in der beschriebenen Weise mehrstufig gearbeitet wird, ist es in funktioncller Hinsicht nicht erheblich, ob die Kühler 4

h5 den Trenndüsenaggregaten 2 vor- oder nachgeschaltet sind. Stets läßt sich die im strömenden Gas angestrebte Temperatur einstellen. Die leichte Fraktion strömt bei der mehrsiufigen Betriebsweise einer erfindungsgemä-

Ben Vorrichtung, wie erwähnt, aus den TYenndüsenaggregaten 2 axial ab und kann in zugeordnete Gaskammern 19 eintreten. In diesen Gaskammern 19 wird der leichten Fraktion eine entsprechende schwere Fraktion beigemischt, die über einen der Behälterstutzen 20 zugeführt wird. Danach strömt das so gebildete Gasgemisch in die nächste Verdichterstufe usw. fort.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

10

r>

20

25

JO

45

Claims

Palentansprüche:

1. Vorrichtung zur Urananreicherung nach dem Trenndüsen-Verfahren, — mit

zylindrischem Behältermantel, · mehrstufig aus Trenndüsenaggregaten aufgebauter Trennkaskade,

den Trenndüsenaggregaten zugeordnelcn Kühlern, in in dem zylindrischen Behältermantel angeordnetem, entsprechend der Trennkaskade mehrflutigem Radialverdichter mit mchrfluligem Rotor und Diffusorbauteilen

15

sowie Gaskanälen für die Gaszuführung, die Gasabführung, für die Integration der Bauelemente und für die Integration der Trenndüsenaggregate zur Trennkaskade, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialverdichter (5) in dem zylindrischen Bchältermantel (1) zentral und axial angeordnet ist, daß die Kühler (4) sowie die Trennkaskade (3) den Radialverdichter (5) konzentrisch umgeben, und daß die Trennkaskade (3) und/oder die Kühler (4) durch Wartungsausnehmungen (14) im Behältermantel (1) und gegebenenfalls Wartungsschächtc (15) zugänglich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndüsenaggregate (2) in den einzelnen Diffusorbauteilen (7) angeordnet sind, an jn die in radialer Richtung die Kühler (4) anschließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühler (4) zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher (9) zusammengefaßt sind und dieser nach Abnahme von zumindest einem Behäl- r. terdeckel (13) axial aus dem Behältcrmantel (1) herausnehmbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühler (4) (oder zumindest einer davon) mit einem Wartungsschacht (15) verschen und dadurch die Trenndüsenaggregatc (2) zugänglich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühler (4) in den einzelnen Diffusorbauteilen (7) angeordnet sind, an die in radialer 4^r> Richtung die Trenndüse naggregale (2) anschließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndüsenaggregate (2) durch einen Trennaggregatkorb (16) zu einer baulich einheitlichen Trennkaskade (3) zusammengefaßt sind und diese — nach Abnahme von zumindest einem Behälterdeckel (13) — axial aus dem Behälter (1) herausnehmbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkaskade (3) um die Behälterachse drehbar und dadurch die Trenndüsenaggregate (2) an einem oder an mehreren Ausnehmungen (14) des Behältermantels (1) vorbeiführbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- wi zeichnet, daß die Kühler (4) zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher (9) zusammengefaßt sind, der auf die Diffusorbauieile (7) aufgesetzt ist, und dall die Trenndüsenaggregate (2) durch einen Trennaggregatkorb (16) zu einer Trennkaskade (3) zusam- M mengefaßt sowie drehbar und/oder axial verschiebbar an den Wärmetauscher (9) angeschlossen sowie aus dem Behältcrmantel (1) herausnehmbar und/ oder an Wartungsausnehmungen (14) des Behältermantels (1) vorbeiführbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndüsenaggregate (2) durch einen Trennaggregatkorb (16) zu einer Trennkaskade (3) zusammengefaßt sind, die an die Diffusorbauteile (7) angeschlossen ist, und daß auf die Trennkaskade (3) die Kühler (4) aufgesetzt sind, die zu einem baulich einheitlichen Wärmetauscher (9) zusammengefaßt sind, welcher zumindest einen Wartungsschacht (15) aufweist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, da ß für die Gasführung oh¹ nehin vorhandene Anschlußstutzen oder Ausnehmungen am Behältermantel (1) zugleich als Wartungsausnehmungen (14) ausgebildet sind.