DE2140531A1

DE2140531A1 - Diffusion device

Info

Publication number: DE2140531A1
Application number: DE19712140531
Authority: DE
Inventors: Henri Pont St. Esprit Gase (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-08-20
Filing date: 1971-08-12
Publication date: 1972-02-24
Also published as: GB1316736A; FR2102760A5; DE2140531B2

Description

P AT E N TA N WA LT DR. HANS ULRICH MAY 2140531P AT E N TA N WA LT DR. HANS ULRICH MAY 2140531

D 8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSE 1 aD 8 MUNICH 2, OTTOSTRASSE 1 a TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHENTELEGRAMS: MAYPATENT MONKS TELEFON CO81-O 593682TELEPHONE CO81-O 593682

B. 3724-3 JF München, 12. Äug. 1971 B. 3724-3 JF Munich, Aug. 1971

CP 399/994 Dr.M,/MaCP 399/994 Dr.M, / Ma

CG 399/994aCG 399 / 994a

Commissariat ä 1·Energie Atomique in Paris, FrankreichCommissariat ä 1 · Energie Atomique in Paris, France

DiffusionsvorrichtungDiffusion device

Die Erfindung betrifft eine Diffusionsvorrichtung, insbesondere zur Isotopentrennung, welche ein Bündel von mikroporösen Rohren aufweist, die im allgemeinen als "poröse Wände" ("barrieres") oderThe invention relates to a diffusion device, in particular for isotope separation, which comprises a bundle of microporous tubes has, generally called "porous walls" ("barriers") or

alsas

im folgenden/Trennrohre bezeichnet werden und deren Enden an rohrförmigen Platten befestigt sind, die eine Kammer abgrenzen, wo ein geringerer Druck als im Inneren der Trennrohre aufrechterhalten wird. Es ist bekannt, daß für einen genügend kleinen mittleren Durchmesser der Poren das durch die porösen Wände entweichende Gas einen höheren Gehalt an leichtem Isotop als das an einem Ende der Trennrohre eingeführte Gas aufweist, welches umgekehrt sich beim Durchströmen der Trennrohre an schwerem Isotop anreichert.hereinafter referred to as / separating tubes and their ends at tubular Plates are attached that delimit a chamber where a lower pressure is maintained than inside the separation tubes will. It is known that for a sufficiently small mean diameter of the pores, the gas escaping through the porous walls has a higher content of light isotope than the gas introduced at one end of the separating tubes, which is reversed at Enriched with heavy isotope flowing through the separation pipes.

Unter dem Ausdruck "Trennrohr" ist im übrigen sowohl ein einziges mikroporöses Rohr von einfacher oder zusammengesetzter Bauart als auch eine Kerze zu verstehen, die aus mehreren derartigen, aneinanderstoßend zu einem einzigen, als Block hantierbaren Element verbundenen Rohren besteht.Incidentally, by the term "partition tube" is meant both a single microporous tube of simple or composite construction Also a candle is to be understood as consisting of several such elements, butting against one another, to form a single element that can be handled as a block connected pipes.

Bei den bisher benutzten Diffusionsvorrichtungen sind die Trennrohre bzw. porösen wände durch ein starres Gerüst gehalten, um jede mechanische Beanspruchung und insbesondere jede Druckbeanspru-In the diffusion devices used so far, the separation tubes are or porous walls held to each by a rigid framework mechanical stress and in particular any pressure stress

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chung von ihnen fernzuhalten. Um das zu erreichen, mußten schwere und kostspielige Strukturen benutzt werden. In der Praxis hat sich erwiesen, daß die bekannten porösen Wände bzw. Trennrohre erheblichen Druckbeanspruchungen unterworfen werden können, während Biegebeanspruchungen ausgeschlossen werden müssen.to keep away from them. In order to achieve that, it was necessary to have hard work and expensive structures are used. In practice it has been found that the known porous walls or partition tubes are considerable Compressive stresses can be subjected, while bending stresses must be excluded.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diffusionsvorrichtung zu schaffen, welche den praktischen Anforderungen besser als die bisher bekannten Vorrichtungen entspricht und die insbesondere die Möglichkeit ausnutzt, poröse Wände unter Druck arbeiten zu lassen, um einen einfacheren und leichteren Aufbau zu schaffen, der auch für einen automatischen oder halbautomatischen Zusammenbau besser geeignet ist.The invention is based on the object of a diffusion device to create which meets the practical requirements better than the previously known devices and in particular takes advantage of the possibility of making porous walls work under pressure to create a simpler and lighter structure, which is also better suited for automatic or semi-automatic assembly.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Diffusionsvorrichtung, die innerhalb einer eine dichte Kammer begrenzenden Außenwand ein starres Mittelgerüst und ein Bündel zueinander paraleler Trennrohre aufweist, wobei die Trennrohre an einem Ende mit einer rohrförmigen, am Gerüst befestigten Platte und am anderen Ende mit einer schwimmenden rohrförmigen Platte, die gleitend und nicht drehbar am Gerüst gehalten und durch eine verformbare Dichtung mit der Wand verbunden ist, fest verbunden und durch die rohrförmigen Platten dicht hindurchgeführt sind, so daß sie jenseits derselben münden.According to the invention, this object is achieved by a diffusion device which delimits a sealed chamber within a Outer wall a rigid central frame and a bundle parallel to each other Having separating tubes, the separating tubes having at one end a tubular plate attached to the frame and at the other end with a floating tubular plate that slides and not rotatably held on the frame and by a deformable seal is connected to the wall, firmly connected and passed through the tubular plates tightly so that they are beyond the same flow.

Der zwischen dem Gerüst und der Außenwand und somit auch zwischen den Trennrohren herrschende Druck ist selbstverständlich geringer als der stromabwärts und vor allem stromaufwärts von den Rohren, herrschende Druck, so daß die schwimmende Platte im Betrieb Druckkräften ausgesetzt ist, welche sie in Richtung auf die feststehen-The pressure prevailing between the framework and the outer wall and thus also between the separating tubes is of course lower than the pressure prevailing downstream and especially upstream of the pipes, so that the floating plate is subjected to compressive forces during operation is exposed, which they in the direction of the fixed-

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de Platte zurückdrücken. Diese Drücke werden, von den Trennrohren aufgenommen, und das starre Gerüst verhindert, daß die Trennrohre Biegebeanspruchungen unterworfen werden, vorausgesetzt, daß dieses Gerüst eine Verschiebung der schwimmenden rohrförmigen Platte quer zur Richtung der Trennrohre, d. h. sowohl in Radialrichtung wie durch Drehbewegung, verhindert.Push back the plate. These pressures are, from the separation tubes added, and the rigid framework prevents the separation tubes from bending stresses, provided that this Scaffolding a displacement of the floating tubular plate transversely to the direction of the separation tubes, d. H. both in the radial direction as by rotating movement, prevented.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen besonderen Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen Hierin zeigen:The invention is illustrated by the following description of a particular embodiment given only as an example. The description Refers to the attached drawings Herein show:

Fig. 1 schematisch die Diffusionsvorrichtung im Schnitt längs einer durch ihre Achse gehenden senkrechten Ebene;Fig. 1 schematically shows the diffusion device in section along a vertical plane passing through its axis;

Fig. 2 einen'schematischen Schnitt längs II-XI der Fig. 1.FIG. 2 shows a schematic section along II-XI of FIG. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Diffusionsvorrichtung besteht im ganzen aus einer Kammer, die eine zylindrische Außenwand 10 aufweist, die an ihrem oberen Teil durch einen Dom 12, der beispielsweise angeschweißt ist, und an ihren unteren Teil durch eine feststehende rohrförmige Platte 14 dicht verschlossen ist. Der Dom 12 ist mit einer Gasauslaßöffnung 16 versehen, durch welche Gas entsprechend dem Pfeil f-j austritt, und die rohrförmige Platte 14 bildet eine der Wände einer Gasverteilerkammer 18, die in Fig. 1 schematisch strichpunktiert dargestellt ist.The diffusion device shown in Fig. 1 consists entirely of a chamber which has a cylindrical outer wall 10, at its upper part by a dome 12, which is for example welded, and at its lower part by a fixed one tubular plate 14 is tightly closed. The dome 12 is provided with a gas outlet opening 16, through which gas accordingly the arrow f-j exits, and the tubular plate 14 forms a the walls of a gas distribution chamber 18, which in Fig. 1 schematically is shown in phantom.

Ferner weist die Diffusionsvorrichtung noch ein starres, zur zylindrischen V7and 10 koaxiales Mittelgerüst auf, das insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Dieses Gerüst 20 besteht aus einem Gitterbalken mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Sechsecks. Selbstverständlich sind auch andere als sechseckige Formen verwendbar, wobei nur die Bedingung beachtet werden muß, daß jede Drehung der Platte 26Furthermore, the diffusion device also has a rigid one, compared to a cylindrical one V7and 10 has a coaxial central frame, which is designated as a whole by 20. This frame 20 consists of a lattice beam with the cross section of a regular hexagon. Of course, shapes other than hexagonal can also be used, with only the condition must be observed that each rotation of the plate 26

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und der auf ihr verschiebbaren Abstandshalter verhindert werden muß, wie im folgenden erläutert.and the spacer slidable on it must be prevented, as explained below.

Der Fuß des starren Mittelgerüsts ist an der unteren rohrförmigen Platte 14 befestigt, die mit einer Mittelöffnung 22 versehen ist, deren Form dem Querschnitt des starren Gerüsts entspricht und durch die das Gas nach Durchtritt durch die porösen Wände (Trennrohre) austreten kann.The base of the rigid central frame is attached to the lower tubular plate 14, which is provided with a central opening 22, whose shape corresponds to the cross-section of the rigid framework and through which the gas after passing through the porous walls (separating tubes) can emerge.

Der Kopf des starren Mittelgerüsts 20 trägt eine Kuppel 24, deren Form im wesentlichen gleich der des Doms 12 ist, um das AusströmenThe head of the rigid central frame 20 carries a dome 24, whose Shape is essentially the same as that of the dome 12 to allow the outflow

Sieshe

der Gase zur erleichtern./ist mit dem Dom 12 durch eine schwimmende rohrförraige Platte 26 und zwei in axialer Richtung dehnbare und komprimierbare biegsame Verbindungen dicht verbunden, welche bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aus Balgen 28 und 30 bestehen und insbesondere unterschiedliche Ausdehnungen kompensieren. the gases to facilitate./is to the dome 12 by a floating rohrförraige plate 26 and two axially expandable and compressible flexible connections tightly connected, which at the embodiment shown in Fig. 1 consist of bellows 28 and 30 and in particular compensate for different expansions.

Durch die von der Außenwand 10 der rohrförmigen festen Platte 14 und der rohrförmigen Platte 26 begrenzte Kammer ist ein Bündel von Trennrohren 32 geführt, die parallel zur Achse der Vorrichtung in einem regelmäßigen Netzwerk angeordnet sind. Zur Vereinfachung ist in Fig. 1 nur ein Trennrohr in einem in radialer Richtung stark vergrößerten Maßstab gezeichnet, während die Achsen einiger anderrer Trennrohre strichpunktiert gezeichnet sind. Diese Trennrohre sind durch die rohrförmigen Platten 14 und 26 geführt und an diesen dicht, beispielsweise durch Einwalzen oder Einpressen, befestigt.By the chamber delimited by the outer wall 10 of the tubular fixed plate 14 and the tubular plate 26 is a bundle of Separating tubes 32 out, which are arranged parallel to the axis of the device in a regular network. To simplify it is in Fig. 1 only a separating tube drawn in a greatly enlarged in the radial direction, while the axes of some other Separating pipes are drawn in dash-dotted lines. These separation pipes are passed through the tubular plates 14 and 26 and tightly attached to them, for example by rolling or pressing.

Die Trennrohre werden in radialer Richtung mit Bezug aufeinander und das Mittelgerüst nicht nur durch die rohrförmigen Platten 14 und 26 sondern auch durch Abstandhalter 34 gehalten, in denen sie gleiten können. Die Abstandshalter 34 sind ihrerseits in ähnlicherThe separation tubes are in the radial direction with respect to each other and the central framework is held not only by the tubular plates 14 and 26 but also by spacers 34 in which they can slide. The spacers 34 are in turn more similar

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Weise vie die schwimmende rohrförmige Platte am starren Mittelgerüst gehalten» d. h. verschiebbar, jedoch nicht drehbar oder radial verschiebbar. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Trennrohre Kräften unterworfen werden, welche zum Auftreten von Biegespannungen führen.Like the floating tubular plate on the rigid central frame held »d. H. displaceable, but not rotatable or radially displaceable. In this way it is avoided that the separation tubes Forces are subjected, which lead to the occurrence of bending stresses.

Die Abstandshalter 34 sind längs des Gitterbalkens in gleichmäßigen Abständen verteilt, welche der freien Biegung der Trennrohre entsprechen. Die Anzahl der Abstandshalter hängt daher von der Länge der Diffusionsvorrichtung ab, welche mehrere Meter erreichen kann. Die Abstandshalter haben eine verhältnismäßig geringer Dicke von beispielsweise 3 bis 4 mm und weisen Bohrungen auf, deren Anordnung und Zahl gleich den in den rohrförmigen Platten ausgebildeten Bohrungen ist. Für eine wirtschaftliche Herstellungsweise dieser Abstandshalter geht man von im Handel verfügbaren gelochten Blechen aus.The spacers 34 are along the grid bar in uniform Distances distributed, which the free bend of the separating tubes correspond. The number of spacers therefore depends on the length of the diffusion device, which can reach several meters can. The spacers have a relatively small thickness of, for example, 3 to 4 mm and have bores whose arrangement and number are the same as those formed in the tubular plates Drilling is. For an economical production method of these spacers, one starts from the commercially available perforated ones Sheet metal.

Jedes Trennrohr ist vorteilhafterweise in der Höhe der Abstandshalter 34 mit Zentrierringen versehen, um die Trennrohre in seitlicher Richtung genau festzuhalten, jedoch ihre freie axiale Ausd^ehnung zu ermöglichen. Die Bohrungen haben daher einen größeren Durchmesser als die Trennrohre. Als Ringe kann man insbesondere solche benutzen, wie sie in dem gleichzeitigen französischen Patent des Anmelders mit dem Titel "Zentrierring" beschrieben sind. Dieser Ringtyp weist den zusätzlichen Vorteil auf, eine stark automatisierte Herstellung zu ermöglichen, da er die Einführung der Trennrohre durch Einfädeln durch die aufeinander ausgerichteten Bohrungen der Abstandshalter und die schwimmende rohrförmige Platte 30 auf dem Bündel erleichtert. Diese Einführung kann ohne Eingriff von Hand erfolgen, gegebenenfalls für Gruppen von Trennrohren, wodurch schnelle Arbeitstakte des automatischen Zusammenbaus erreicht werden.Each separating tube is advantageously at the same height as the spacers 34 are provided with centering rings in order to hold the separating tubes precisely in the lateral direction, but their free axial extension to enable. The holes therefore have a larger diameter than the separating tubes. As rings you can in particular use those as described in the applicant's simultaneous French patent entitled "Centering Ring". This type of ring has the additional advantage of enabling highly automated production, since it allows the introduction of the Separating tubes by threading them through the aligned bores of the spacers and the floating tubular plate 30 relieved on the bundle. This introduction can be done by hand without intervention, if necessary for groups of separating tubes, whereby fast work cycles of the automatic assembly can be achieved.

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Der Gitterträger 20, der das starre Mittelgerüst bildet, dient als Führung und Abstützung der rohrförmigen Platten 14 und 26 und der Abstandshalter 34, wenn die Diffusionsvorrichtung senkrecht angeordnet ist» Ferner stützt er die Gesamtheit des Trennrohrbündels, wenn die Diffusionsvorrichtung geneigt ist. Infolgedessen muß dieser Gitterbalken gleichzeitig in Längsrichtung und gegen Verdrehung vollkommen starr sein, da er sonst :iicht das Auftreten von Biegemomenten in der Höhe der Einspannung in die rohrförmigen Platten verhindern würde.The lattice girder 20, which forms the rigid central framework, serves as a guide and support for the tubular plates 14 and 26 and the spacer 34, if the diffusion device is arranged vertically »Furthermore, it supports the entirety of the separating tube bundle, when the diffusion device is inclined. Consequently must this grid beam simultaneously in the longitudinal direction and against Torsion must be completely rigid, otherwise it: iot the occurrence of bending moments at the level of restraint in the tubular plates.

Die feststehende rohrförmige Platte 14 und die schwimmende rohrförmige Platte 26 arbeiten unter erheblich verschiedenen Bedingungen. Die schwimmende rohrförmige Platte 26, weiche die Dichtung des oberen Endes den Trennrohrbündels gewährleistet, nimmt keinerlei Gesamtkraft auf, wenn die Diffusionsvorrichtung in senkrechter Stellung angeordnet ist, da sie sich selbst auf der Gesamtheit der Trennrohre abstützt und nur durch dichte Verbindungen mit geringer Steifheit mit den feststehenden Teilen de:? Vorrichtung _t (Außenwand und starres Mittelgerüst 20) verbunden ist.Fixed tubular plate 14 and floating tubular plate 26 operate under significantly different conditions. The floating tube plate 26, a soft, the sealing of the upper end ensures the separation tube bundle, no total force increases when the diffusion device is arranged in a vertical position, since they themselves supported on the entirety of the separating tubes and only through tight connections with low stiffness with fixed parts de :? Device _t (outer wall and rigid central frame 20) is connected.

Die feststehende rohrförmige Platte trägt das Gewicht des Trennrohrbündels, mindestens wenn die Diffusionsvorrichtung senkrecht angeordnet ist, und nimmt außerdem die Kräfte auf, die vom Druckunterschied zwischen dem in die Trennrohre eindringenden Gas (Pfeile f₂) und dem daraus austretenden Gas (P.ceil f^ ) herrühren. Diese Kräfte sind jedoch viel kleiner als die zwischen den Platten der bekannten Diffusionsvorrichtungen auftretenden Kräfte, da sie nur dem Unterschied zwischen dem Eingangs- und Ausgangsdruck und nicht dem Druckunterschied zwischen dem Eingangs- oder Ausgangsdruck und dem niedrigen Druck des Gases, welches durch die porösen Wände der Trennrohr«-' gegangen ist, entsprechen, Die Kräfte sindThe fixed tubular plate bears the weight of the separating tube bundle, at least when the diffusion device is arranged vertically, and also absorbs the forces that arise from the pressure difference between the gas entering the separating tubes (arrows f ₂ ) and the gas exiting therefrom (P.ceil f ^) originate. However, these forces are much smaller than the forces occurring between the plates of the known diffusion devices, since they only represent the difference between the inlet and outlet pressure and not the pressure difference between the inlet or outlet pressure and the low pressure of the gas which passes through the porous walls the separating pipe «- 'has gone, correspond, The forces are

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daher praktisch nur ein Zehntel der früher auftretenden Kräfte, wodurch die Dicke wesentlich geringer werden kann.therefore practically only a tenth of the forces that occurred earlier, whereby the thickness can be significantly reduced.

Die Erfindung ist selbstverständlich in verschiedener Weise abwandelbar. Insbesondere kann die schwimmende rohrförmige Platte statt einer Kranzform die Form einer vollen Scheibe aufweistn, die mit einem auf dam starren Mittelgerüst verschiebbaren Ansatz versehen ist. In diasem Fall genügt die elastische äußere dichte Verbindung 30, da die innere dichte Verbindung überflüssig ist, da die Kuppel 24 durch den Mittelteil der Platte selbst ersetzt ist.The invention can of course be modified in various ways. In particular, the floating tubular plate instead of a wreath shape, it has the shape of a full disc, with an attachment that can be moved on the rigid central frame is provided. In this case, the elastic outer tight connection 30 is sufficient, since the inner tight connection is superfluous, since the dome 24 is replaced by the central part of the plate itself.

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Claims

1.) Diffusion device, which has a bundle of parallel porous separating tubes in a tight chamber bounded by an outer wall, floating at one end on a tubular plate firmly connected to the outer wall and at the other end on a floating plate connected to the outer wall by a deformable tight connection tubular plate are tightly fastened, characterized by a rigid central frame (20) contained within the outer wall (10), on which the floating plate (26) is held in a displaceable and non-rotatable manner.

2.) Device according to claim 1, characterized in that the rigid central frame (20) consists of a lattice beam.

3 ·) Device according to claim 1 or 2 _t, characterized in that the central device: carries a dome (24), di <? is connected to the floating plate (26) by a deformable sealed connection (28).

4.) Device according to one of claims 1 - 3 - characterized in that that the deformable tight connections (28,30) are expansion bellows connections.

5.) Device according to one of claims 1 -4, characterized in that that the central frame (20) has a more angular cross-section, which prevents rotation of the floating tubular plate (26).

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6.) Device according to one of claims 1-5 »characterized by a plurality of parallel spacers (34) _r which are arranged at regular intervals and are supported on the rigid central device (20) and hold the separating tubes (32) laterally.

7 ·) Device according to claim 6, characterized in that »that elastic rings are arranged between the separating tubes and the spacers, which allow the longitudinal displacement of the separating tubes , however, prevent their transverse displacement.

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