DE1253677B - Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit unterschiedlichen Molekulargewichten - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

Deutsche Kl.: 12 e - 3/04

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1 253 677

Aktenzeichen: U 70291V c/12 e

1 253 677 Anmeldetag: 31. März 1960

Auslegetag: 9. November 1967

Vorrichtungen zum Trennen von Gasen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, die eine in einen Diffusor übergehende Düse und eine koaxial zu der Düse angeordnete Ringsonde sowie Einrichtungen, um einen Gasstrahl mit Uberschallgeschwindigkeit durch die Düse und die Sonde zu fördern, und Einrichtungen, um den Raum zwischen Düse und Sonde zu evakuieren, aufweisen, sind bekannt. Hierbei wird ein sogenannter sich expandierender Überschallstrahl des Gasgemisches dadurch gebildet, daß man das Gemisch sich unter Druck durch eine konvergierende und divergierende Düse entspannen läßt. In einem solchen Überschallstrahl haben die im Gasgemisch vorhandenen schwereren Moleküle die Neigung, sich im Mittelkern des Strahls zu konzentrieren, während die leichteren Moleküle die Neigung haben, sich im äußeren Umfangsbereich des Strahls zu konzentrieren. Ein zylindrisches Rohr, das gleichachsig zur Mittelachse des Strahls und in einem kurzen Abstand von der Austrittsebene der konvergierenden und divergierenden Düse angeordnet ist, trennt den Mittelkern des Strahls vom Hauptkörper des Gasstroms. Auf diese Weise werden die schwereren Moleküle, die im Mittelkern konzentriert sind, vom übrigen Strahl isoliert.

Ein Mangel dieses Trennungsverfahrens besteht darin, daß, obwohl die schwereren Moleküle in konzentrierter Form erhalten werden, die leichteren Moleküle durch die umgebende Gashülle des Strahls verdünnt sind. Infolge dieser Verdünnungswirkung läßt sich eine hohe Konzentration der leichten Moleküle nicht erzielen.

Es wurde nun gefunden, daß in einer Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, die eine in einem Diffusor übergehende Düse und eine koaxial zu der Düse angeordnete Ringsonde, sowie Einrichtungen, um einen Gasstrahl mit Überschallgeschwindigkeit durch die Düse und die Sonde zu fördern und Einrichtungen, um den Raum zwischen Düse und Sonde zu evakuieren, aufweist, der höchste Grad der Trennung zwischen den leichten und schweren Molekülen erreicht wird, wenn erfindungsgemäß die Breite des Ringes der Ringsonde etwa gleich der Dicke des im Überschallstrahl vorhandenen ringförmigen Stoßbereichs zwischen Überschallkern und Unterschallumgebung ist. Die Konfiguration und das Wesen solcher Stoßwellen wurde von E. S. Love und C. E. Grigsby im National Advisory Committee for Aeronautics, Bericht R.M-L54L31 (Mai 1955), beschrieben.

Die radiale Erstreckung des Stoßbereichs kann durch ein analytisches Näherungsverfahren, das als Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit
unterschiedlichen Molekulargewichten

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,
Germantown, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz,

Patentanwalt, München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Jozef Willem Eerkens, Oakland, Calif.,

Lawrence Morton Grossman,

Balraj Sehgal, Berkeley, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. A. v. Amerika vom 1. April 1959 (803 547)

»Method of Characteristics* bekannt ist, bestimmt werden. Hierzu wird auf folgende Literaturstelle verwiesen:

»The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow«, A. Η. Shapiro, S. 462, 523, Ronald Press Co., New York, 1953, und

»Elements of Aerodynamics of Supersonic Flows«, A. Ferri, Kapitel 2 bis 10, McMillan Co., New York, 1949.

Experimental and Theoretical Studies of Axisymmetric Free Jets, NASA TR R-6, 1959.

Diese rechnerischen Verfahren sind jedoch kompliziert, so daß die Ermittlung des Stoßbereichs einfacher durch experimentelles Ausmessen der radialen Lage des Stoßbereichs durchgeführt wird.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Merkmals wird an Hand der Figuren erläutert.

In den Behältern wird ein Vakuum über eine Absaugleitung 12 durch eine nicht gezeigte Vakuumpumpe an sich bekannter Art aufrechterhalten. Eine Trennwand 13 und ein Teil der Wandung des Behälters 11 begrenzen eine Staukammer 14, in die ein Gasgemisch unter Druck aus einem ventilgeregelten Speicherbehälter 16 eingeleitet wird. Mit der Staukammer 14 steht eine konvergierende und divergierende Düse 17 in Verbindung, die sich durch die

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Claims (1)

1. Trennwand 13 hindurch in das Innere des Behälters 11 erstreckt. Aus der Austrittsöffnung der Düse 17 tritt, wie gezeigt, ein Gasstrahl 18 aus, dessen gasförmige Komponenten einen Überschallmittelkern und einen ringförmigen Stoßbereich bilden, der von der Strahlenbegrenzung 20 nach innen liegt. Eine ringförmige Sonde 22 aus einem inneren zylindrischen Mantel 23 und einem äußeren zylindrischen Mantel 24 ist benachbart der Austrittsebene der Düse 17 und anschließend an den austretenden Gasstrahl 18 angeordnet. Die gleichachsigen Mäntel 23 und 24 der ringförmigen Sonde 22 bilden eine ringförmige Öffnung 27 und Absaugkammer 26. Die ringförmige Öffnung 27 ist so gewählt, daß der ringförmige Stoßbereich durch diese hindurch und in die Absaugkammer 26 eintritt. Der äußere Mantel 24 ist an seinem anderen Ende mit dem Innenmantel 23 abgedichtet, während sich eine Verlängerung 28 des Innenmantels durch die Wand des Behälters 11 erstreckt. Die Verlän gerung 28 bildet das Ableitungsrohr für die schweren Moleküle und führt zu einer nicht gezeigten evakuierten Sammelkammer für die schweren Moleküle. Durch die Wand des Außenmantels 24 ist eine Leitung 29 geführt, die mit der Absaugkammer 26 zwischen dem Innenmantel 23 und dem Außenmantel 24 in Verbindung steht. Die Leitung 29 bildet das Ableitungsrohr für die leichten

   Moleküle und führt zu einer nicht gezeigten evakuierten Sammelkammer für die leichten Moleküle, welche von der Sammelkammer für die schweren Moleküle getrennt ist.

   Der Grad der Trennung, der mit der Vorrichtung erreicht wird, ist proportional den Unterschieden in der Masse zwischen den das Gasgemisch bildenden Molekülarten.

   Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Trennen von Gasen mit unterschiedlichen Molekulargewichten, die eine in einen Diffusor übergehende Düse und eine koaxial zu der Düse angeordnete Ringsonde sowie Einrichtungen, um einen Gasstrahl mit Überschallgeschwindigkeit durch die Düse und die Sonde zu fördern, und Einrichtungen, um den Raum zwischen Düse und Sonde zu evakuieren, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringes der Ringsonde etwa gleich der Dicke des im Überschallstrahl vorhandenen ringförmigen Stoßbereichs zwischen UberschaIlkem und Unterschallumgebung ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschrift Nr. 1052 955;
   britische Patentschrift Nr. 794 834.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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