DE1191750B - Gaszentrifuge zum Trennen von Isotopen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B04b

Deutsche Kl.: 82b-9

Nummer: 1191750

Aktenzeichen: B 54605III/82 b

Anmeldetag: 28. August 1959

Auslegetag: 22. April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaszentrifuge zum Trennen von Isotopen mit zentraler Zuführung des Gases an einer Stirnseite einer außen und innen glatten, langgestreckten zylindrischen Schleudertrommel, in der eine laufende erzwungene Zirkulation des Gases längs der Trommelachse sowie im Gegenstrom längs des Trommelmantels mit Umlenkung an den Stirnseiten erfolgt, mit einem die Schleudertrommel in geringem Abstand umgebenden, unter Vakuum stehenden zylindrischen Gehäuse.

Bei den bekannten Zentrifugen dieser Art werden die Gasfraktionen an den Stirnseiten der Schleudertrommel mittels Hohlwellen abgeführt, durch welche außerdem die Drehzapfen der Schleudertrommel verlaufen. Diese Hohlwellen enden innerhalb der Schleudertrommel in zwei radial verlaufenden Rohrstutzen, weil eine Absaugung der Fraktionen in der Trommelachse wenig ergiebig ist. Durch diese konstruktive Ausbildung wird nicht nur eine Verwirbelung und damit Störung der Zirkulationsbewegung des Gases in der Schleudertrommel bewirkt, sondern es ergeben sich auch bei den in Betracht zu ziehenden hohen Drehzahlen Abdichtungsschwierigkeiten zwischen den Lagerungen der Schleudertrommel einerseits und den Hohlwellen andererseits, durch welche die Gasfraktionen zugeführt bzw. abgezogen werden.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Gaszentrifuge zum Trennen von Isotopen, welche eine günstigere Abnahme der Gasfraktionen aus der Schleudertrommel ohne eine unerwünscht hohe Störung der Zirkulationsbewegung des zu trennenden Gases innerhalb der Schleudertrommel ermöglicht und gleichzeitig eine befriedigende Abdichtung der getrennten Gasfraktionen voneinander sowie gegenüber dem zu trennenden Gas ermöglicht. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß an den Stirnseiten der Schleudertrommel direkt in den Gehäuseraum führende Austrittöffnungen vorgesehen sind und das Gehäuse am oberen und unteren Ende unmittelbar mit einer weiteren, ebenso ausgebildeten Zentrifuge oder je einem Auffanggehäuse in Verbindung steht.

Es sind Gaszentrifugen bekannt, mit denen die Trennung chemisch unterschiedlicher Gase möglich ist. Diese Aufgabe läßt sich im Gegensatz zur Trennung von Isotopen wesentlich einfacher durchführen, weil die Gewichtsunterschiede der zu trennenden Fraktionen bei chemisch unterschiedlichen Gasen wesentlich größer als bei Isotopen sind. Während bei Isotopenzentrifugen eine Trennung der Fraktionen durch radiale Schichtung allein nicht möglich ist, sondern nur unter Zuhilfenahme einer erzwungenen Gaszentrifuge zum Trennen von Isotopen

Anmelder:

Dr.-Ing. Konrad Beyerle,
Aachen, Charlottenstr. 14;
Dr. Karl Heinz Welge,
Bonn, Ippendorf, Höhenweg 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Konrad Beyerle, Aachen;

Dr. Karl Heinz Welge, Bonn, Ippendorf;

Dr. Hans Martin, Kiel

Zirkulation, welche über einen verhältnismäßig langen Zeitraum aufrechterhalten werden muß, sind chemisch unterschiedliche Gase durch bloße radiale Schichtung zu trennen. Die bekannten Gaszentrifugen zum Trennen chemischer Gasfraktionen umfassen eine zentrale Zuführung für das Gas an einer Stirnseite einer zylindrischen Schleudertrommel mit verhältnismäßig geringer axialer Länge, welche an ihrer Innenfläche axial verlaufende Leitschaufeln aufweist, von einem zylindrischen Gehäuse umgeben ist und an beiden Enden der Schleudertrommel direkt in den Gehäuseraum führende Austrittöffnungen aufweist. Die beiden Stirnseiten der Schleudertrommel sind durch einen vom Gehäuse gebildeten Trommelspalt gegen einen Kurzschluß der abzuziehenden getrennten Gasfraktionen gesichert. Wegen der Anbringung von Leitschaufeln innerhalb der Schleudertrommel, welche eine starke Verwirbelung des Gases bewirken, wegen des Fehlens einer laufenden erzwungenen Zirkulation des Gases längs der Trommelachse sowie im Gegenstrom längs des Trommelmantels mit Umlenkung an den Stirnseiten und wegen der geringen Axialabmessung der Trommel sind derartige bekannte Zentrifugen zur Isotopentrennung nicht geeignet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit der Beschreibung der Zeichnung.

F i g. 1 zeigt drei Ausführungsformen erfindungsgemäß ausgebildeter Gaszentrifugen in Kolonnenanordnung;

F i g. 2 und 3 zeigen Ausführungsformen von zentralen Gaszuführungen in die Schleudertrommel einer solchen Gaszentrifuge in perspektivischer und teilweise aufgebrochener Darstellung;

509 540/135

F i g. 4 zeigt ein gegenüber F i g. 1 abgeändertes Ausführungsbeispiel einer Kolonnenanordnung im Schnitt;

F i g. 5 zeigt die Kolonnenanordnung von F i g. 4 in Draufsicht bei abgenommenem Gruppengehäusedeckel.

Die im rechten Teil von F i g. 1 dargestellte Gaszentrifuge umfaßt eine außen und innen glatte, langgestreckte zylindrische Schleudertrommel 1, in der eine laufende erzwungene Zirkulation des Gases längs der Trommelachse sowie im Gegenstrom längs des Trommelmantels mit Umlenkung an den Stirnseiten 2 erfolgt Ein unter Vakuum stehendes zylindrisches Gehäuse 3 umgibt die Schleudertrommel 1 mit geringem Abstand. Zur zentralen Zuführung des in einem Behälter 10 gespeicherten zu trennenden Gases in die Schleudertrommel 1 ist ein Rohr 4 vorgesehen, dessen Ende in einen axialen Stutzen 19 b' an der Trommelstirnseite mündet und von diesem durch einen engen ringförmigen Luftspalt getrennt ist.

Erfindungsgemäß sind an den Stirnseiten 2 direkt in den Raum des Gehäuses 3 führende Austrittsöffnungen 5 vorgesehen. Die schwere Gasfraktion tritt an der oberen und die leichte Gasfraktion an der unteren Stirnseite 2 der Schleudertrommel 1 aus.

Die beiden Unken Zentrifugen weisen, abgesehen von noch zu beschreibenden Einzelheiten, grundsätzlich den gleichen Aufbau auf. Das Gehäuse 3 jeder Zentrifuge ist am oberen Ende entweder über eine Leitung 6 S unmittelbar mit einer benachbarten Zentrifuge oder über eine Leitung 75 mit einem Auffangbehälter 8 verbunden. Das untere Ende jedes Gehäuses 3 ist entweder über eine Leitung 6 L sowie einen Sammelraum 9 mit dem zentralen Rohr 4 einer benachbarten Zentrifuge oder über eine Leitung 7 L mit einem Auffangbehälter 11 verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gaszentrifuge kann der zwischen der Innenfläche des Gehäuses 3 und der Außenfläche der Schleudertrommel 1 gebildete Spalt 12 an eine Evakuierungspumpe angeschlossen sein. Hierdurch wird eine Vermischung der bereits getrennten Fraktionen über den Spalt 12 vermieden.

Bei dem in F i g. 1 rechts gezeigten Ausführungsbeispiel ist der mittlere Bereich des Spaltes 12 über eine Leitung 13 und eine besondere Trommelöffnung 14 bzw. einen von dieser ausgehenden Stutzen 19 b' mit dem axialen Teil des Innenraumes der Schleudertrommel 1 verbunden. Da im axialen Teil der Schleudertrommel ein niedrigerer Druck als in dem Spalt 12 herrscht, wirkt hier die Schleudertrommel selbst als Evakuierungspumpe.

Bei den beiden linken Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 ist der Spalt 12 an beiden Enden mit Verengungen in Form von am Innenumfang des Gehäuses 3 angeordneten Ringen 15 und 16 versehen.

Bei dem mittleren Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind der obere und der untere Ring 16 mit Schraubennuten 17 versehen, welche im Sinn einer beidseitigen Evakuierung des Spaltes 12 bei rotierender Schleudertrommel 1 verlaufen. Die Relativbewegung zwischen der Schleudertrommel 1 und den Ringen 16 ergibt dann jeweils die Wirkung einer Molekularpumpe.

Die Ringe 15 in der linken Zentrifuge nach F i g. 1 weisen eine glatte Innenfläche auf, und der Spalt 12 ist in diesem Fall an eine besondere (nicht gezeigte) Evakuierungspumpe angeschlossen.

In F i g. 2 und 3 ist der zwischen dem Ende des Rohres 4 und der Trommelstirnseite vorgesehene Luftspalt durch einen inneren Ring 18 am Ende des Rohres 4 sowie durch einen entsprechenden gegenüberliegenden ringförmigen Flächenbereich 19 an der Trommelstirnfläche gebildet.

In F i g. 3 rechts greift der Ring 18 in eine Ringnut 20 an der Trommelstirnfläche ein, welche zwei dem Ring 18 beidseitig eng benachbarte ringförmige

ίο Flächenbereiche 19 α bildet.

In F i g. 3 sind links die beiden ringförmigen Flächenbereiche 19a mit je einer Spiralnut 21 im Sinn einer Ansaugung von Gas aus dem Gehäuse 3 in die Schleudertrommel 1 versehen.

In F i g. 4 sind mehrere Schleudertrommeln 1 nebst ihren zugehörigen Gehäusen 3 in einem gemeinsamen abgedichteten Gruppengehäuse 22 angeordnet. In dem Gruppengehäuse 22 sind gemeinsame Sammelräume 9 für jeweils in einer Stufe parallelgeschaltete Zentrifugen und diese verbindenden Kanäle 23 vorgesehen, welche durch zwischen den Schleudertrommeln 1 und den Gehäusen 3 und zwischen diesen sowie dem Gruppengehäuse 22 angeordneten Trennwänden 24 gebildet sind. Die Zuleitung für das zu trennende Isotopengemisch ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.

In F i g. 5 sind mehrere Gruppen parallelgeschalteter Zentrifugen mit A₁B₁C und D bezeichnet, wobei die Gruppe D nur eine einzige Zentrifuge umfaßt.

Das zu trennende Gasgemisch wird in denjenigen Sammelraum eingegeben, welcher zwischen den Trennwänden 24 der Gruppen A und B liegt. Die schwere Gasfraktion wird in dem Raum zwischen der Wand des Gruppengehäuses 22 und der zur Gruppe A gehörigen Trennwand 24 abgenommen; die leichte Gasfraktion wird zwischen der zu der Gruppe bzw. Zentrifuge D gehörigen Trennwand 24 und der Wand des Gruppengehäuses 22 abgenommen.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Gaszentrifuge zum Trennen von Isotopen mit zentraler Zuführung des Gases an einer Stirnseite einer außen und innen glatten, langgestreckten zylindrischen Schleudertrommel, in der eine laufende erzwungene Zirkulation des Gases längs der Trommelachse sowie im Gegenstrom längs des Trommelmantels mit Umlenkung an den Stirnseiten erfolgt, mit einem die Schleudertrommel in geringem Abstand umgebenden, unter Vakuum stehenden zylindrischen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten (2) der Schleudertrommel (1) direkt in den Gehäuseraum führende Austrittsöffnungen (5) vorgesehen sind und das Gehäuse (3) am oberen und unteren Ende unmittelbar mit einer weiteren ebenso ausgebildeten Zentrifuge oder je einem Auffangbehälter (8,11) in Verbindung steht.

2. Gaszentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Innenfläche des Gehäuses (3) und der Außenfläche der Schleudertrommel (1) gebildete Spalt (12) an eine Evakuierungspumpe angeschlossen ist.

3. Gaszentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Spalt (12) über eine Leitung (13) und eine besondere Trommelöffnung (14) mit dem axialen Teil des Innenraums der Schleudertrommel (1) verbunden ist.

4. Gaszentrifuge nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (12) an beiden Enden mit Verengungen in Form von an der Innenwand des Gehäuses (3) oder an der Außenwand der Schleudertrommel (1) angeordneten Ringen (15,16) versehen ist.

5. Gaszentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (16) mit Schraubennuten versehen sind, welche im Sinn einer beidseitigen Evakuierung des Spaltes (12) bei rotierender Schleudertrommel verlaufen.

6. Gaszentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (15) eine glatte Innenfläche aufweisen und der Spalt (12) an eine besondere Evakuierungspumpe angeschlossen ist.

7. Gaszentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur zentralen Zuführung des Gases in die Schleudertrommel ein Rohr (4) vorgesehen ist, dessen Ende von der Trommelstirnseite (2) durch einen engen ring- ao förmigen Luftspalt getrennt ist.

8. Gaszentrifuge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt durch einen Ring (18) am Ende des Rohres (4) sowie durch einen entsprechenden gegenüberliegenden ringförmigen Flächenbereich (19) an der Trommelstirnfläche (2) gebildet ist (Fig. 2).

9. Gaszentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (18) als Innenflansch ausgebildet ist und an der Trommelstirnfläche (2) in eine Ringnut (20) eingreift, welche zwei dem Ring (18) beidseitig eng benachbarte ringförmige Flächenbereiche (19 d) bildet.

10. Gaszentrifuge nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der ringförmigen Flächenbereiche (18,19,19 a, 196, 19 b') mit einer Spiralnut (21) im Sinne einer Ansaugung von Gas in die Schleudertrommel versehen ist.

11. Gaszentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schleudertrommeln (1) nebst ihren zugehörigen Gehäusen (3) in einem gemeinsamen, abgedichteten Gruppengehäuse (22) angeordnet sind.

12. Gaszentrifuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gruppengehäuse (22) gemeinsame Sammelräume (9) für jeweils in einer Stufe (A bis D) parallelgeschaltete Zentrifugen und diese verbindende Kanäle (23) durch zwischen den Schleudertrommeln (1) bzw. Gehäusen (3) sowie zwischen diesen und dem Gruppengehäuse (22) angeordneten Trennwänden (24) gebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 418 604, 530 646,
916;
USA.-Patentschrift Nr. 2 572425.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

50Ϊ 540/135 4.65 © Bundesdruckerei Berlin