Brevet FR2709986A1 — publié le 19950324

" Dispositif de buse à orifices multiples " La présente invention concerne un dispositif de buses à orifices multiples monté sur un corps de buse pour combiner des jets de gaz en détente d'orifices de buse, qui crée des jets de gaz froids, étendus dans l'espace, à forte densité et faible dimérisation, notamment pour la détente adiabatique de l'hexafluorure d'uranium pour la séparation moléculaire isotropique. Dans la séparation des isotopes de l'uranium se- lon le procédé moléculaire, on a des conditions très stric- tes relatives à la température, à la densité et à la densité de répartition des molécules d'hexafluorure d'ura- nium utilisées dans le procédé, pour permettre une utilisa- tion efficace du procédé. Etant donné les caractéristiques physiques de l'hexafluorure d'uranium, en cas de détente adiabatique de ce gaz on rencontre des phénomènes parasites gênants tels que la condensation et le chauffage qui en résulte de la veine de gaz ainsi que la diminution de la densité des mo- nomères. Ce problème connu a déjà été évoqué et décrit par exemple dans le document DE 24 47 762 C2. Selon le document DE 33 20 753 Al on connaît en outre une plaque à perforations pour régulariser la distri- bution de la vitesse dans un canal d'écoulement qui com- porte plusieurs orifices d'écoulement répartis à intervalles réguliers ou suivant une symétrie de rotation; les orifices d'écoulement sont élargis dans la direction de l'écoulement, par gradins ou de manière continue pour for- mer des diffuseurs à chocs. Ce document n'évoque pas le problème de la condensation et de la dimérisation. Lorsqu'on détend des gaz ou des mélanges gazeux à travers un orifice en forme de buse avec une détente adia- batique, il y a refroidissement des molécules de gaz et l'efficacité de ce procédé dépend de la nature du gaz, des paramètres dynamiques de départ du gaz (densité, pression, température) ainsi que de la géométrie de la buse utilisée. Dans la dynamique des gaz on utilise pour la dé- tente adiabatique du gaz à la fois des dispositifs linéai- res (orifices de buse en forme de fentes) ou encore des dispositifs sphériques (ouvertures de buse en forme de trous). Suivant l'application, on utilise des buses avec des caractéristiques d'écoulement et de refroidissement de gaz différentes. En utilisant des buses à orifices on peut attein- dre un refroidissement très intense de l'hexafluorure d'uranium dans les mélanges gazeux; toutefois la densité diminue rapidement à cause de l'expansion rapide. Lorsqu'on utilise des buses en fente, l'expansion est plus lente et les densités des jets sont comparative- ment plus élevées en des endroits comparables. Toutefois, on a la difficulté de l'augmentation de la condensation et de la diminution du refroidissement. Les documents tels que les documents DE 28 10 791 C3, DE-OS 30 25 864 Al et DE- OS 38 28 052 Ai décrivent des possibilités de refroidisse- ment de l'hexafluorure d'uranium à l'aide de buses à fente et de montages comportant des buses à fente. Les propriétés avantageuses respectives, spécifi- ques des buses (le refroidissement plus efficace, connu pour des jets à travers des orifices, et une éventuelle condensation plus réduite ainsi que des densités de jet plus élevées pour les buses à fente), peuvent être combi- nées dans le cas de montages de buses à orifices multiples s'il est possible de superposer avec aussi peu que possible de difficultés, les expansions mono-trou. La présente invention a pour but de développer un montage correspondant au type défini ci-dessus de façon que les différents jets des buses à orifices se détendent tout d'abord librement et puissent après une grande longueur moyenne de trajet libre de la molécule, être combinés à un écoulement gazeux plan sans provoquer la densification du jet, gênante, existant préalablement, ou encore une éléva- *tion de température du jet. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de buse du type défini ci-dessus caractérisé en ce que sur une tôle à parois minces du corps de buse on a au moins une rangée d'orifices (R1) qui simule un orifice de buse en forme de fente linéaire pour les veines de gaz détendues, les différents orifices ont un diamètre d 1 mm et un écartement de bord à bord s D gée d'orifices (R1) passent par deux tôles de guidage d'écoulement de forme parabolique, montées de manière symé- trique plane par rapport au plan passant par les axes d'écoulement de gaz de la rangée d'orifices (R1), ces tôles formant un contour de buse s'ouvrant dans la direction de l'écoulement. Les analyses par le procédé de séparation isoto- pique moléculaire au laser, ont montré sur l'exemple du re- froidissement par expansion de l'hexafluorure d'uranium, les avantages considérables de tels dispositifs à buse à orifices multiples par rapport au refroidissement du jet UF6 ou encore pour la densité en monomères, par un grand nombre d'essais. En réunissant les deux considérations, à savoir la formation d'un écoulement plan par la combinaison de l'expansion de jets libres d'orifices et le guidage des jets de gaz par des tôles de guidage, paraboliques, une fois la combinaison faite, on respecte les conditions po- sées au procédé de séparation moléculaire des isotopes par laser, à savoir un refroidissement intense du gaz UF6, une densité élevée du gaz UF6 et une faible condensation dans le domaine d'écoulement pour une hauteur supérieure à 1 cm, une largeur de 2 cm et la longueur choisie pour les rangées d'orifices. Un exemple de réalisation de l'invention sera dé- crit ci-après à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de face d'une tôle de buse avec une disposition d'orifices formant des buses, ré- partis en deux rangées. La figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1, montrant également les tôles de guidage déli- mitant une rangée d'orifices. La figure 1 montre un détail d'une tôle de buse à paroi mince 1 comprenant des rangées R1, R2 d'orifices de buse 2. Les orifices de buse 2 ont un diamètre d un écartement de bord à bord s pect de 0,5 ou la longueur des buses 2 qui correspond à cette épais- seur, ne doit pas être supérieure à la demi-longueur d'écartement (s/2). Selon la figure 2, la tôle de buse 1 du corps de buse 3 porte deux tôles de guidage d'écoulement 4 de forme parabolique; ces deux tôles sont montées symétriquement suivant une symétrie plane par rapport au plan de la rangée de trous R1, passant par les axes d'écoulement de gaz 5. Les tôles de guidage 4 forment des jets de gaz qui s'expan- sent vis-à-vis des orifices de buse 2 selon un contour de buse s'ouvrant dans la direction de l'écoulement. Contrai- rement à une buse à fente normale, ce contour n'agit pas dans la zone proche de la buse mais seulement en aval, après combinaison des expansions sur les différents trous. Le montage selon l'invention n'est pas limité à l'application de la détente adiabatique de l'hexafluorure d'uranium gazeux ou à des mélanges gazeux contenant des mo- lécules d'hexafluorure d'uranium gazeux. Le montage peut également s'appliquer avantageusement à d'autres gaz si, par expansion (détente) dynamique dans un domaine étendu dans l'espace, on veut atteindre à la fois un refroidisse- ment important du jet de gaz et une densité élevée du jet de gaz pour une faible condensation. Liste des références 1 Tôle de buse 2 Orifice de buse 3 Corps de buse 4 Tôle de guidage du fluide Axe d'écoulement du gaz d Diamètre des orifices de la buse s Ecartement des bords R1, R2 Rangées d'orifices D Epaisseur de la tôle de la buse. R E V E N D I C A T ION Dispositif de buse à orifices multiples monté sur un corps de buse, pour combiner des jets de gaz en détente d'orifices de buse, qui crée des jets de gaz froids, éten- dus dans l'espace, à forte densité et faible dimérisation, notamment pour la détente adiabatique de l'hexafluorure d'uranium pour la séparation moléculaire isotropique, caractérisé en ce que: a) sur une tôle à parois minces du corps de buse (3) on a au moins une rangée d'orifices (R1) qui simule un ori- fice de buse en forme de fente linéaire pour les veines de gaz détendues, d) les différents orifices (2) ont un diamètre d d'écoulement (4) de forme parabolique, montées de ma- nière symétrique plane par rapport au plan passant par les axes d'écoulement de gaz (5) de la rangée d'orifices (R1), ces tôles formant un contour de buse s'ouvrant dans la direction de l'écoulement.