DE4331267A1

DE4331267A1 - Mehrfachlochdüsen-Anordnung

Info

Publication number: DE4331267A1
Application number: DE19934331267
Authority: DE
Inventors: Reinhard Prof Dr Harzer
Original assignee: Uranit GmbH
Current assignee: Uranit GmbH
Priority date: 1993-09-15
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 1995-03-16
Also published as: FR2709986A1; JPH07163913A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachlochdüsen-Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei der Uranisotopentrennung nach dem molekularen Verfahren bestehen sehr spezifische Anforderungen hinsichtlich Tempera tur, Dichte und Dichteverteilung der im Verfahren benutzten Uranhexafluorid-Moleküle, um das Verfahren effektiv durchfüh ren zu können. Aufgrund gegebener physikalischer Eigenschaften des Uranhexafluorides treten bei der adiabatischen Entspannung dieses Gases störende Begleiterscheinungen wie Kondensation und damit verbunden Aufheizung der Gasströmung sowie Abnahme der Monomerendichte auf.

Die Problematik ist bekannt und z. B. in DE-PS 24 47 762 C2 bereits genannt und erläutert.

Werden Gase oder Gasgemische über eine Düsenöffnung adiaba tisch entspannt, so erfolgt eine Abkühlung der einzelnen Gas moleküle, wobei die Effektivität dieses Prozesses von der Gas art, den gasdynamischen Ausgangsparametern (Dichte, Druck, Temperatur) und der Geometrie der verwendeten Düse abhängt.

In der Gasdynamik werden zur adiabatische Entspannung von Ga sen sowohl lineare Anordnungen (Schlitz-Düsenöffnungen) als auch sphärische Anordnungen (Loch-Düsenöffnungen) verwendet. Je nach Anwendungsfall werden Düsen mit den jeweils unter schiedlichen Gasströmungs- und Gasabkühlungscharakteristiken eingesetzt.

Unter der Verwendung von Lochdüsen kann in Gasgemischen eine tiefe Abkühlung des Uranhexafluorids erreicht werden - aller dings kommt es wegen der raschen Expansion zur unerwünscht schnellen Dichteabnahme.

Werden Schlitzdüsen verwendet, so verläuft die Expansion lang samer und die Strahldichten sind an vergleichbaren Orten hö her. Jedoch besteht hier das Problem der vermehrten Kondensa tion und der geringeren Abkühlung. Möglichkeiten zur Uran hexafluoridabkühlung mittels Schlitzdüsen und Schlitzdüsen-An ordnungen sind z. B. in DE-PS 28 10 791 C3, DE-OS 30 25 864 A1 sowie in DE-OS 38 28 052 A1 genannt.

Die jeweiligen günstigen düsenspezifischen Eigenschaften - die für Lochstrahlen bekannte effektivere Abkühlung und mögliche geringere Kondensation und die für Schlitzdüsen höheren Strahldichten - können in Mehrfachlochdüsen-Anordnungen ver einigt genutzt werden, wenn es gelingt, die Einzelloch-Expan sionen möglichst störungsfrei zu überlagern.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Anordnung der gattungsge mäßen Art so auszugestalten, daß sich die einzelnen Lochdüsen strahlen zunächst frei entspannen und nach Erreichen einer großen mittleren freien Weglänge der Moleküle zu einer ebenen Gasströmung überlagern können, ohne daß bereits vorher stö rende Strahlverdichtungen und Strahlaufheizungen eintreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen von Pa tentanspruch 1 genannten Maßnahmen vorgeschlagen. Die hierauf bezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildun gen und Ausgestaltungen dieser Lösung.

In Untersuchungen zum molekularen Laser-Isotopentrennverfahren wurden am Beispiel der Expansionsabkühlung des Uranhexafluori des die beträchtlichen Vorteile solcher Mehrfachlochdüsen-An ordnungen hinsichtlich UF6-Strahlabkühlung und -Monomeren dichte in einer Vielzahl von Experimenten nachgewiesen.

Um einem zu raschem Dichteabfall entlang und quer zur Strömung vorzubeugen, können außerdem Leitbleche die seitliche Führung der Gasströmung übernehmen. Diese sind so auszulegen, daß sie nicht die im Düsennahbereich stattfindende laterale Überlage rung der Loch-Einzelexpansionen innerhalb einer Lochreihe be einflussen, sondern lediglich eine weitere Expansion der wei ter stromabwärts entstandenen ebenen Strömung verhindern.

Mit der Zusammenfassung beider Überlegungen, nämlich der Bil dung einer ebenen Strömung durch Überlagerung von Loch-Frei strahlexpansionen und Führung der Gasstrahlen durch Leitbleche nach der erfolgten Überlagerung, wurden die im molekularen La ser-Isotopentrennverfahren geforderten Bedingungen nach tiefer UF6-Abkühlung, hoher UF6-Dichte und geringer Kondensation über ein Strömungsgebiet von mehr als 1 cm Höhe×2 cm Breite× gewählte Lochreihenlänge aufrechterhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert:

Die Fig. 1 zeigt die Ansicht auf ein Düsenblech mit einer mehrreihigen Lochdüsen-Anordnung;
die Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1, in der auch die jede Lochreihe begrenzenden Leitbleche zu sehen sind.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines dünnwandigen Düsenblechs 1 dargestellt, das mehrere Reihen R₁, R₂, R₃ etc. von Lochdüsen 2 aufweist. Die Lochdüsen 2 einer Reihe R haben einen Durch messer von d 1 mm und einen gegenseitigen Stegabstand s 1 mm bei einem Aspektverhältnis von 0,5 s/d 2, wobei die Dicke D des Düsenbleches 1 bzw. die dieser Dicke entsprechende Länge der Lochdüsen 2 nicht größer als die halbe Steglänge (s/2) sein soll. Hingegen soll der Reihenabstand s′ zwischen den Lochdüsen 2 benachbarter Lochreihen R₁ R₂; R₂ R₃ etc. größer als die Steglänge s sein.

Gemäß Fig. 2 sind an dem Düsenblech 1 des Düsenkörpers 3 zwei parabelförmige Strömungs-Leitbleche 4 angebracht, die spiegelsymmetrisch zur Gasströmungsachse 5 der einzelnen Lochreihe R₁ verlaufen, bzw. bei mehreren Lochreihen R₁, R₂ . . . die Gasströmung an den äußeren Lochreihen begrenzen. Die Leit bleche 4 bilden so bezüglich der aus den Lochdüsen 2 expan dierenden Gasstrahlen eine sich in Strömungsrichtung öffnende Düsenkontur. Diese Kontur wird im Gegensatz zu einer normalen geführten Schlitzdüse nicht im Düsennahbereich sondern erst stromabwärts wirksam, nachdem die Überlagerung der Einzel- Lochexpansionen erfolgt ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf die Anwendung für die adiabatische Expansion von gasförmigem Uranhexafluorid bzw. Gasgemischen mit Uranhexafluorid-Gasmolekülen beschränkt. Die Anordnung kann auch für andere Gase vorteilhaft verwendet wer den, wenn mittels gasdynamischer Expansion in einem räumlich ausgedehnten Gebiet sowohl eine tiefe Gasstrahlabkühlung als auch eine hohe Gasstrahldichte bei geringer Kondensation er zielt werden soll.

Bezugszeichenliste

1 Düsenblech
2 Lochdüsen
3 Düsenkörper
4 Strömungs-Leitblech
5 Gasströmungsachse
d Lochdüsendurchmesser
s Stegabstand
s′ Reihenabstand
R₁, R₂ . . . Lochdüsenreihen
D Dicke des Düsenblechs

Claims

1. An einem Düsenkörper angebrachte Mehrfachlochdüsen-Anord nung zur Überlagerung von Lochdüsen-Expansionsgasstrahlen, die räumlich ausgedehnte, kalte Gasstrahlen hoher Dichte und geringer Dimerisation erzeugt, insbesondere zur adia batischen Expansion von Uranhexafluorid für die molekulare Isotopentrennung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) an einem-dünnwandigen Blech (1) des Düsenkörpers (3) eine Lochreihe (R₁) vorgesehen ist, die bezüglich der expandierenden Gasströme einen Schlitz simuliert,
b) wobei die einzelnen Löcher (2) einen Durchmesser von d 1 mm und einen gegenseitigen Stegabstand von s 1 mm haben bei einem Aspektverhältnis von 0,5 s/d 2 und
c) wobei die Dicke D des Blechs (1) in Bezug auf die Steg abstände der Löcher D < s/2 ist.

2. Mehrfachlochdüsen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß mehrere Lochreihen (R₁, R₂ . . . .) neben einander angeordnet sind, wobei der Reihenabstand s′ zwi schen den Löchern (2) benachbarter Lochreihen (R₁/R₂, R₂/R₃) größer als die Stegbreite s ist.

3. Mehrfachlochdüsen-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Löchern einer Lochreihe (R₁) oder mehreren Lochreihen (R₁, R₂ . . . .) austretenden Gasstrahlen durch zwei symmetrisch zur Gasströmungsachse (5) verlaufende parabel förmig geformte Leitbleche (4) begrenzt sind, wobei die beiden in Strömungsrichtung sich öffnenden Leitbleche (4) eine Düsenkontur bilden.