DE3003202A1

DE3003202A1 - Vorrichtung zum trennen von gas- oder dampffoermigen stoffen

Info

Publication number: DE3003202A1
Application number: DE19803003202
Authority: DE
Inventors: Werner 7530 Pforzheim Großstück
Original assignee: NUSTEP TRENNDUESEN
Current assignee: NUSTEP TRENNDUESEN
Priority date: 1980-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1981-08-06
Also published as: ES498933A0; FR2474332B1; ZA81638B; JPS5938012B2; IN157121B; FR2474332A1; BR8100519A; CA1158989A; AU534928B2; US4344782A; AU6670781A; JPS56121616A; DE3003202C2; ES8200232A1

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, insbes. Isotopen,

Kanalaggregat mit im wesentlichen rechteckigem Grundriß und Querschnitt sowie mit Ausgangsgaskanälen und Schwerfraktionsabzugskanälen und

mit Trennelementen im Form von Düsenkanten, Schälblenden und Düsenrillen,

wobei das Kanalaggregat kanalbildende Trennwände aufweist und die Kanäle an einer Stirnseite offen, an der anderen durch eine Abschlußwand abgeschlossen sind, wobei ferner die Leisten auf das Kanalaggregat aufgesetzt sind und mit ihrer Düsenkante bzw. Schälblende in die DUsenrillen einfassen sowie zwischen sich einen Schlitz freilassen. - Solche Vorrichtungen werden insbes. für die Isotopentrennung, z. B. zur Anreicherung des leichten Uranisotops

U , eingesetzt. Die Trennung beruht auf der teilweisen räumlichen Entmischung verschieden schwerer Komponenten eines Gases oder Dampfes in einer längs einer gekrümmten Bahn geführten schnellen Gasströmung. Die Düsenkante bildet dabei mit der Düsenrille eine schlitzförmige Düse, in der das zu entmischende Gas bzw, der zu entmischende Dampf expandiert. Das strömende Gas bzw. der strömende Dampf erfahren in der Düsenrille die erforderliche Umlenkung. Am Ende der Umlenkung werden das strömende Gas bzw. der strömende Dampf an der Schälblende in zwei Fraktionen aufgeteilt. Die leichtere tritt über den Fraktions-Abzugsspalt aus, die

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schwerere wird über den zugeordneten Anschlußschlitz in einen der Kanäle des Kanalaggregates zurückgeführt. Das Kanalaggregat besitzt entsprechende Kanäle für das zu entmischende Ausgangsgas bzw. den zu entmischenden Ausgangsdampf und für die abzuführende schwerere Fraktion, die abwechselnd aufeinanderfolgen. Das funktioniert mit gutem Wirkungsgrad, wenn die angedeutete Geometrie der Zusammenhänge mit ausreichender Präzision, zulässige Toleranzen zum Teil o,ol mm und weniger, eingehalten wird (vgl. DE-PS 24 19 192, Spalte 2, Zeile 32 bis 4l).

Bei der bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-PS 11 98 j528, Fig· J>> ^) sind die kanalbildenden Trennwände des Kanalaggregates selbst Bauteile, die durch Stirnplatten zusammengehalten werden, wobei die Stirnplatten zugleich entsprechende Eintrittsöffnungen bzw. Austrittsöffnungen für das Ausgangsgas bzw. den Ausgangsdampf und die schwerere Fraktion aufweisen. Die Düsenkanten sowie die Schälblenden sind an Abdeckleisten für die Kanäle angeformt und insoweit gleichsam deckelartig auf die Kanäle aufgesetzt. Im Ergebnis ist bei der bekannten Vorrichtung das DUsenaggregat ein Multibauteil-Aggregat. Die für einen ausreichenden Wirkungsgrad erforderlichen engen Toleranzen können zumindest mit vertretbarem Aufwand kaum eingehalten werden. Tatsächlich entstehen bei der Fertigung unkontrollierte Fehler, die sich beim Zusammenbau noch addieren können. Die Fehler resultieren insbes. aus der Tatsache, daß die einzelnen Bauteile des Kanalaggregates, d. h. die kanalbildenden Trennwände und die Stirnplatten, in der Bearbeitungsmaschine notwendigerweise nur eine unterschiedlich genaue Einspannung oder Aufspannung erfahren. Bei der Montage können darüber hinaus zusätzliche Fehler entstehen. Bei der bekannten Ausführungs-

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form gehört zu jedem Trennelement eine Düsenrille und damit eine Umlenkung. In der Theorie und im Labormaßstab kennt man auch Trennelemente mit zwei hintereinandergeschalteten DUsenrillen und damit Umlenkungen (Dissertation Rosenbaum "Entmischung der Uranisotope in einem Trenndüsensystem mit zweifacher Strahlumlenkung und trifraktionärer Gasabsaugung", 1975* Universität Karlsruhe). Sie ermöglichen eine trifraktionäre Trennung, die für viele Zwecke aus technologischen Gründen vorteilhaft ist. Wollte man die bekannte Vorrichtung für eine trifraktionäre Trennung unter Beibehaltung des beschriebenen, bekannten Konstruktionsprinzips umrüsten, so würde sich die Anzahl der selbständigen Bauteile noch beachtlich erhöhen und die beschriebenen Toleranzprobleme würden noch größer.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung für die trifraktionäre Trennung weiter auszubilden, jedoch so, daß die Vorrichtung und insbes. das Kanalaggregat mit hoher Präzision gefertigt werden können und die beschriebenen, auf die Bearbeitung von Einzelteilen und deren Zusammenbau beruhenden unkontrollierten Fehler vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Kanalaggregat mit angeformten, kanalbildenden Trennwänden, angeformten Abschlußwänden und angeformten Kanalabdeckungen als einheitliches Bauteil ausgeführt ist,

bei dem die Ausgangsgaskanäle, Mittelfraktionsabzugskanäle und die Schwerfraktionsabzugskanäle nebeneinander angeordnet sind und Anschlußschlitze für die Trennelemente aufweisen,

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daß das einheitliche Bauteil im Bereich der Anschlußschlitze mit Paßflächen versehen ist und daß an die Paßfläohen Trennelementbauteile angeschlossen sind, die für jedes Kanalsystem aus Ausgang sgaskanal, Mittelfraktionsabzugskanal und Schwerfraktionsabzugskanal ein Trennelement mit zwei Düsenrillen bilden. - Das für die erfindungsgemäße Vorrichtung wesentliche, einheitliche Kanalaggregat kann auf verschiedene Weise gefertigt werden, wobei insoweit keine besonderen Anforderungen an die Präzision der Fertigung gestellt werden müssen. Die erforderliche Präzision wird vielmehr bei der nachträglichen Bearbeitung der Paßflächen hergestellt. Dabei kann mit Präzisionsmaschinen gearbeitet werden und im allgemeinen können sogar alle Paßflächen in einer Aufspannung oder Einspannung erzeugt werden. An die Paßflächen mit ihrer hohen Präzision können die Trennelement-Bauteile sehr passungsgenau angeschlossen werden, die selbstverständlich ihrerseits als Präzisionsbauteile ausgeführt sind. Das einheitliche Kanalaggregat kann auf verschiedene Weise hergestellt, z. B. auch geschmiedet werden. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das einheitliche Kanalaggregat jedoch als Gußstück ausgeführt, dessen Paßflächen spanabhebend präzisionsbearbeitet sind. Das Gußteil· kann als Druckgußteil oder Formgußteil gestaltet sein. Die Trennelement-Bauteile sind zweckmäßigerweise als Galvanoplastteile hoher Präzision gefertigt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Zusammenhang dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelement-Bauteile jeweils aus einer kanalaggregatseitigen Platte mit, in Strömungsrichtung betrachtet, Düsenrillen, Düsenkante und Schälblende sowie einem Mittelfraktionsabzugsspalt zwischen Düsenkante und Schälblende und aus einer Abdeckplatte mit

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wiederum Düsenkante, Schälblende und DUsenrille sowie Leichtfraktionsabzugsspalt zwischen Düsenkante und Schälblende bestehen, die zwischen sich im wesentlichen parallel zur Ebene des Kanalaggregats verlaufende SpaItStrömungswege freilassen, wobei die Mittelfraktionsabzugsspalte an den Anschlußschlitz des Mittelfraktionsabzugskanals angeschlossen sind und die Leichtfraktionsabzugsspalte, wie üblich, nach außen führen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, auf das Kanalaggregat stirnseitig Kanalverbindungsstücke aufzusetzen, wo dieses z. B. zur Abführung der Mittelfraktion gewünscht wird. Das beeinträchtigt die beschriebenen Präzisionsprobleme nicht, weil diese aufgesetzten Kanalverbindungsstücke mit den Trennelementen und der Trennfunktion nichts mehr zu tun haben.

Die erreichten Vorteile sind zunächst darin zu sehen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht lediglich eine bifraktionäre Trennung, sondern vielmehr eine trifraktionäre Trennung durchgeführt werden kann, ohne daß der Wirkungsgrad durch unkontrollierte Pertigungs- oder Montagetoleranzen beeinträchtigt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf die Anordnung von Weichdichtungen ganz verzichtet werden. Die Fertigung ist einfach. Der Einbau in die entsprechenden Apparaturen kann ohne Schwierigkeiten erfolgen, wobei sich weiterhin vorteilhaft auswirkt, daß die Vorrichtung insgesamt sehr kompakt gestaltet werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

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Pig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, ausschnittsweise,

Pig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Pig. "I,

Fig· 3 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 2 aus Richtung des Pfeiles B und

Fig. 4 eine Ansicht des Gegenstandes der Pig. 2 aus Richtung des Pfeiles C.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, und zwar insbes. zur Trennung von Isotopen. Zur Vorrichtung gehören im grundsätzlichen Aufbau

ein Kanalaggregat 1 mit im wesentlichen rechteckigem Grundriß und Querschnitt sowie mit Ausgangsgaskanälen 2 und Schwerfraktionsabzugskanälen 3> und

eine Mehrzahl von Trennelementen 4 mit Düsenkanten 5, 6, Schälblenden 7, 8 und Düsenrillen 9, Io.

Das Kanalaggregat 1 besitzt kanalbildende Trennwände 11. Die Kanäle 2, J5, 12 sind an einer Stirnseite offen und an der anderen durch eine Abschlußwand 13 abgeschlossen. Die Trennelemente 4 sind auf das Kanalaggregat 1 aufgesetzt und fassen mit ihren Düsenkanten 5* 6 bzw. Schälblenden 7* 8 in die Düsenrillen S,

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ein. Sie lassen zwischen sich einen Schlitz 14 bzw. 15 frei, wobei diesen Schlitzen 14, 15 jedoch im Rahmen der Erfindung unterschiedliche Punktionen zukommen.

Zunächst ist für die Erfindung wesentlich, daß das Kanalaggregat 1 mit den kanalbildenden Trennwänden 11, den Abschlußwänden 13 und den Kanalabdeckungen 16 ein einheitliches Bauteil bildet. Die kanalbildenden Trennwände 11, die Abschlußwände I^ und die Kanalabdeckungen 16 sind also angeformt. In dem Kanalaggregat 1 sind die schon erwähnten Ausgangsgaskanäle 2, zusätzliche Mittelfraktionsabzugskanäle 12 und die schon erwähnten Schwerfraktionsabzugskanäle 3 in abwechselnder Folge nebeneinander angeordnet. All diese Kanäle 2, J5, 12 weisen Anschlußschlitze VJ für die Trennelemente 4 auf. Im übrigen ist das einheitliche Bauteil im Bereich der Anschlußschlitze 17 mit Paßflächen l8 versehen. An die Paßflächen l8 sind Trennelement-Baute!Ie 19, 2o angeschlossen, die mit hoher Präzision gefertigt und genau eingepaßt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Trennelement-Bauteile 19, 2υ für jedes Kanalsystem aus Ausgangsgaskanal 2, Mittelfraktionsabzugskanal 12 und Schwerfraktionsabzugskanal 3 ein Trennelement mit zwei Düsenrillen 9, Io bilden. - Bei dem Kanalaggregat 1 mag es sich um ein einheitliches Gußteil handeln. Bei den Trennelement-Bauteilen 19, 2o mag es sich im Ausführungsbeispiel um Galvanoplast-Bauteile handeln, die bekanntlich mit hoher Präzision gefertigt werden können. Im übrigen ist jedoch bezüglich der Trennelement-Bauteile 19, 2o die Anordnung in besonderer Weise getroffen. Man entnimmt aus der Fig. 1, daß die Trennelement-Bauteile 19, 2o jeweils aus einer kanalaggregatseitigen Platte 19 mit - in Strömungsrichtung betrachtet - Düsenrille 9, Düsenkante 5 und Schälblende 7 sowie einem MittelfraktionsabzugsspaIt 14 zwischen

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DUsenkante 5 und Schälblende 7 und aus einer Abdeckplatte 2o mit DUsenkante 6, Schälblende 8 und Düsenrille Io sowie Leichtfraktionsabzugsspalt 15 zwischen Düsenkante 6 und Schälblende 8 bestehen. Die kanalaggregatseitige Platte 19 einerseits und die Abdeckplatte 2o andererseits sind in der Fig. 1 durch unterschiedliche Schraffüren deutlich gemacht, wobei diese Schraffuren sich auch von der des Kanalaggregates 1 unterscheiden. Man erkennt, daß die kanalaggregatseitige Platte 19 der Trennelement-Bauteile sowie die Abdeckplatte 2o zwischen sich im wesentlichen parallel zur Ebene des Kanalaggregates verlaufende Spaltströmungswege 21 freilassen, wobei die Mittelfraktionsabzugsspalte 14 der Trennelement-Bauteile 19 an den Anschlußschlitz 17 der Mittelfraktionsabzugskanäle 12 angeschlossen sind. Mit den eingezeichneten Pfeilen werden die Strömungswege und damit auch die Punktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihrer Doppelumlenkung und der dadurch bedingten trifraktionären Trennung ohne weiteres verständlich. Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 entnimmt man, daß im Ausführungsbeispiel auf das Kanalaggregat 1 stirnseitig ein Kanalverbindungsstück 22 aufgesetzt ist, welches so ausgebildet ist, daß das Ausgangsgas ohne weiteres in die Ausgangsgaskanäle 2 eintreten kann, daß jedoch das Gas bzw. der Dampf der mittleren Fraktion aus den Mittelfraktionsabzugskanälen 12 über einen gemeinsamen Sammelkanal 2J> abgeführt werden kann. Die schwere Fraktion tritt bei 24 aus und die eingezeichneten Pfeile 25 in den Fig. 2 und 3 deuten an, wo die Mittelfraktion abgezogen werden kann. Das Kanalaggregat 1 ist ein einheitliches Bauteil. Es kann z. B. gegossen, geschmiedet oder auch durch Funkenerosion hergestellt werden.

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Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-Ing. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte: 5^ 733/DÜ- 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf 100254

15. Januar 1980

Patent- und Hilfsgebrauchsmusteranmeldung

NUSTEP Trenndüsen Entwicklungs- und Patentverwertungsgesellschaft mbH & Co. KG

Bismarckstr. 5^
4j5oo Essen 1

Vorrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen

Ansprüche:

. 1. Vorrichtung zum Trennen von gas- oder dampfförmigen Stoffen, : insbes. Isotopen, - mit

¹ Kanalaggregat mit im wesentlichen rechteckigem Grund- ^: riß und Querschnitt sowie mit Ausgangsgaskanälen und • Schwerfraktionsabzugskanälen und

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mit Trennelementen in Form von Düsenkanten, Schälblenden und Düsenrillen,

wobei das Kanalaggregat kanalbildende Trennwände aufweist und die Kanäle an einer Stirnseite offen, an der anderen durch eine Abschlußwand abgeschlossen sind, wobei ferner die Leisten auf das Kanalaggregat aufgesetzt sind und mit ihrer Düsenkante bzw. Schälblende in die zugeordneten Düsenrillen einfassen sowie zwischen sich einen Schlitz freilassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalaggregat (1) mit angeformten kanalbildenden Trennwänden (11), angeformten Abschlußwänden (Ij5) und angeformten Kanalabdeckungen (l6) als einheitliches Bauteil ausgeführt ist,

bei dem Ausgangsgaskanäle (2), Mittelfraktionsabzugskanäle (12) und die Schwerfraktionsabzugskanäle (^) abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und Anschlußschlitze (17) für die Trennelemente (4) aufweisen,

daß das einheitliche Bauteil im Bereich der Anschlußschlitze (1?) mit Paßflächen (l8) versehen ist und daß an die Paßflächen (l8) Trennelementebauteile (19, 2o) angeschlossen sind, die für jedes Kanalsystem aus Ausgangsgaskanal (2), Mittelfraktionsabzugskanal (12) und Schwerfraktionsabzugskanal (3) ein Trennelement mit zwei Düsenrillen (9, lo) bilden.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelement-Bauteile (19, 2o) jeweils aus einer kanalaggregatseitigen Platte (I9) mit Düsenrille (9), Düsenkante (5) und Schälblende (7) sowie einem Mittelfraktionsabzugsspalt (14) zwischen Düsenkante (5) und Schälblende (7) und aus einer Abdeckplatte (2o) mit wiederum Düsenkante (6), Schälblende (8) und Düsenrille (lo) sowie LeichtfraktionsabzugsspaIt (15) zwischen Düsenkante (6) und Schälblende (8) bestehen, die zwischen sich im wesentlichen parallel zur Ebene des Kanalaggregates (l) verlaufende Spaltströmungswege (21) freilassen, wobei die Mittelfraktionsabzugsspalte (14) an den Anschlußschlitz (17) der Mittelfraktionsabzugskanäle (12) angeschlossen sind.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalaggregat (l) als Gußstück ausgeführt und die Paßflächen (l8) spanabhebend präzisionsbearbeitet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis j5.> dadurch gekennzeichnet, daß die Trennelement-Bauteile (19, 2o) als Galvanoplast-Bauteile ausgeführt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Kanalaggregat (1) stirnseitig ein Kanalverbindungsstück (22) aufgesetzt ist.

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