DE2140531C3 - Gasdiffusionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasdiffusionsvorrichtung, welche in einer dichten Kammer ein Bündel paralleler poröser Trennrohre aufweist, die an einem Ende an einer mit der Wand der Kammer fest verbundenen rohrförmigen Platte und am anderen Ende an einer durch eine verformbare dichte Verbindung mit der Wand verbundenen und bezüglich der Wand verschiebbar gehaltenen rohrförmigen Platte dicht befestigt sind und jeweils auf der gegenüberliegenden Seite der Platte münden.

Eine solche Gasdiffusionsvorrichtung ist aus der GB-PS 10 50 890 bekannt. Sie soll zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem erhitzten Gasgemisch dienen, und ihre Trennrohre sind daher Kapillarrohre aus einer Palladiumlegierung.

Die erfindungsgemäße Gasdiffusionsvorrichtung soll allgemeiner und insbesondere auch zur Isotopentrennung verwendbar sein und weist daher ein Bündel von mikroporösen Trennrohren aus einem d-.'rn jeweiligen Zweck entsprechenden Material auf, die auch als »poröse Wände« bezeichnet werden. In der dichten Kam-

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mer wird ein geringerer Druck als im Inneren der Trennrohre aufrechterhalten. Bei einem genügend kleineren mittleren Durchmesser der Poren hat dann, wie bekannt, das durch die porösen Wände entweichende Gas einen höheren Gehalt an leichtem Isotop als das an einem Ende der Trennrohre eingeführte Gas. Entsprechend ist das am anderen Ende der Trennrohre austretende Gas an schwerem Isotop angereichert.

Unter dem Ausdruck »Trennrohr« ist 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.

Das Material der Trennrohre, die im allgemeinen sehr dünnwandig ausgebildet sind, ist vielfach spröde und stoßempfindlich und auch Biegebeanspruchungen nicht gewachsen. In einem solchen Fall ergeben sich bei einer Gasdiffusionsvorrichtung der eingangs angegebenen bekannten Art Schwierigkeiten dadurch, daß durch die bezüglich der Außenwand verschiebbare rohrförmige Platte Verschiebungsbewegungen sowohl senkrecht zur Axialrichtung als auch Torsionsbewegungen, wenn nämlich die Verbindung zwischen der verschiebbaren rohrförmigen Platte und der Kammer als ein Spiralrohr ausgebildet ist, auf die empfindlichen Trennröhre übertragen werden können, was zu Rißbildung und Bruch, also Unbrauchbarwerden der gesamten Vorrichtung führen kann.

Bei den bisher praktisch benutzten Gasdiffusionsvorrichtungen, welche diese Schwierigkeiten vermeiden, sind die Trennrohre bzw. porösen Wände durch ein starres Gerüst gehalten, um jede mechanische Beanspruchung und besonders jede Druckbeanspruchung von ihnen fernzuhalten. Um das zu erreichen, mußten schwere und kostspielige Konstruktionen benutzt werden. Solche bekannten Gasdiffusionsvorrichtungen sind beispielsweise in der FR-PS 12 52 803 und der BE-PS 5 67 135 beschrieben.

Es hat sich in der Praxis erwiesen, daß die bekannten porösen Wände bzw. Trennrohre, auch wenn sie aus stoßempfindlichem Material bestehen, erheblichen Druckbeanspruchungen unterworfen werden können, während Biegebeanspruchungen ausgeschlossen werden müssen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gasdiffusionsvorrichtung zu schaffen, welche einfacher und leichter gebaut ist als die zuletzt genannten Vorrichtungen und gegenüber der eingangs genannten Vorrichtung auch mit stoßempfindlichen und nicht biegefesten Trennrohren ausgerüstet werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll ferner für einen automatischen oder halbautomatischen Zusammenbau besser geeignet sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gasdiffusionsvorrichtung der eingangs angegeben Art, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch ein in der Kammer angeordnetes starres Mittelgerüst, an dem die verschiebbare Platte axial verschiebbar und drehfest gehalten ist.

Bevorzugte Ausff'hrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der zwischen dem Gerüst und der Kammerwand und somit auch zwischen den Trennrohren herrschende Druck ist selbstverständlich geringer als der stromabwärts und vor allem stromaufwärts von den Trennrohren herrschende Druck, so daß die verschiebbare Platte im Betrieb einem in Richtung auf die feststehende Plat-

te wirkenden Druck ausgesetzt ist. Dieser Druck wird von den Trennrohren aufgenommen, und das starre Gerüst verhindert, daß die Trennrohre Biegebeanspruchungen unterworfen werden, da das Gerüst eine Verschiebung der verschiebbaren rohrförmigen Platte nur in axialer Richtung zuläßt, also keine Verschiebung quer zur Richtung der Trennrohre und auch nich·. eine Drehung der Platte, wodurch die Trennrohre einer Biegebeanspruchung oder Torsionsbeanspruchung unterworfen würden.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen besonderen Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigt

Fig. 1 schematisch die Diffusionsvorrichtung im Schnitt längs einer durch ihre Achse gehenden senkrechten Ebene,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt längs JJ-Ji der Fig. 1.

Die in F i g. 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 der nicht diffundierte Gasanteil entsprechend dem Pfeil /i austritt, und die rohrförmige Platte I \ bildet eine der Wände einer Gasverteilerkammer 18, die in F i g. 1 schematisch strichpunktiert dargestellt ist.

Ferner weist die Diffusionsvorrichtung noch ein starres, zur zylindrischen Wand 10 koaxiales Mittelgerüst auf, das insgesamt mit 20 bezeichnet ist. Dieses Gerüst 20 besteht aus einer Gitterkonstruktion mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Sechsecks. Selbstverständlieh sind auch andere als sechseckige Formen verwendbar, wobei nur die Bedingung beachtet werden muß, daß jede Drehung der Platte 26 und der auf dem Gerüst verschiebbaren Abstandshalter verhindert werden muß, wie im folgenden erläutert.

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.

Der Kopf des starren Mittelgerüsts 20 trägt eine Kuppel 24, deren Form im wesentlichen gleich der des Doms 12 ist, um das Ausströmen der Gase zu erleichtern. Sie ist mit dem Dom 12 durch eine axial verschiebbare rohrförmige Platte 26 und zwei in axialer Richtung dehnbare und komprimierbare biegsame Verbindungen dicht verbunden, welche bei der in F i g. 1 gezeigten Aiisführungsform aus Balgen 28 und 30 bestehen und insbesondere unterschiedliche Ausdehnungen kompensieren.

Durch die von der Außenwand 10 der rohrförmigen festen Platte 14 und der rohrförmigen Platte 26 begrenzte Kammer 44 ist ein Bündel von Trennrohren 32 geführt, die parallel zur Achse der Vorrichtung in so einem regelmäßigen Netzwerk angeordnet sind. Zur Vereinfachung ist in Fig.' nur ein Trennrohr in einem in radialer Richtung stark vergrößerten Maßstab gezeichnet, während die Achsen einiger anderer 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.

Die Trennrohre werden in radialer Richtung mit Bezug aufeinander und das Mittelgerüst nicht nur durch die rohrförmigen Platten 14 und 26 sondern auch durch Abstandshalter 34 gehalten, in denen sie gleiten können. Die Abstandshalter 34 sind ihrerseits in ähnlicher Weise wie die verschiebbare rohrförmige Platte am starren Mittelgerüst gehatten, 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.

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 geringe 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.

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 Ausdehnung zu ermöglichen. Die Bohrungen haben daher einen größeren Durchmesser als die Trennrohre. Ais Ringe kann man insbesondere solche benutzen, wie sie in dem französischen Patent Nr. 21 02 759 des Anmelders 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 verschiebbare rohrförmige Platte 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.

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 nicht das Auftreten von Biegemomenten in der Höhe der Einspannung in die rohrförmigen Platten verhindern würde.

Die feststehende rohrförmige Platte 14 und die verschiebbare rohrförmige Platte 26 arbeiten unter erheblich verschiedenen Bedingungen. Die Platte 26, welche die Dichtung des oberen Endes des Trennrohrbündels gewährleistet, nimmt keinerlei Gesamtkraft auf, wenn Jie 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 der Vorrichtung (Außenwand und starres Mittelgerüst 20) verbunden ist.

Die feststehende rohrförmige Platte 14 trägt das Gewicht des Trennrohrbündels, mindestens wenn die Diffusionsvorrichtung senkrecht angeordnet ist, und nimmt außerdem die Kräfte auf, die vom Druckunter-

schied zwischen dem in die Trennrohre eindringenden Gas (Pfeile fi) und dem daraus austretenden Gas (Pfeil /i) 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 Trennrohre gegangen ist, entsprechen. Die Kräfte sind daher praktisch nur ein Zehntel der früher auftretenden Kräfte, wodurch die Dicke wesentlich verringert werden kann.

Die Erfindung ist selbstverständlich in verschiedener Weise abwandelbar. Insbesondere kann die verschiebbare rohrförmige Platte statt einer Kranzform die Form einer vollen Scheibe aufweisen, die mit einem aul dem starren Mittelgerüst verschiebbaren Ansatz versehen ist. in diesem Fall genügt die elastische äußere dichte Verbindung 30, da die innere dichte Verbindung

>o überflüssig ist, da die Kuppel 24 durch den Mitteltei der Platte selbst ersetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche: 21

1. Gasdiffusionsvorrichtung, welche in einer dichten Kammer ein Bündel paralleler poröser Trenn- rohre aufweist, die an einem Ende an einer mit der Wand der Kammer fest verbundenen rohrförmigen Platte und am anderen Ende an einer durch eine verformbare dichte Verbindung mit der Kammerwand verbundenen und bezüglich der Kammer- wand verschiebbar gehaltenen rohrförmigen Platte dicht befestigt sind und jeweils auf der gegenüberliegenden Seite der Platte münden, gekennzeichnet durch ein in der Kammer angeordnetes starres Mittelgerüst (20), an dem die ver- schiebbare Platte (26) axial verschiebbar und drehfest gehalten ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Mittelgerüst (20) eine Gitterkonstruktion ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelgerüst eine Kuppel (24) trägt, die mit der verschiebbaren Platte (26) durch eine verformbare dichte Verbindung (28) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren dichten Verbindungen (28.30) Dehnungsbälge sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelgerüst (20) mehreckig ausgebildet ist und die Innenseite der verschiebbaren Platte (26) eine entsprechende mehreckige Form aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von parallelen, in regelmäßigen Abständen angeordneten Abstandshaltern (34), die sich am starren Mittelgerüst (20) abstützen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Trennrohren und den Abstandshaltern elastische Ringe angeordnet sind, welche die Längsverschiebung der Trennrohre zulassen, ihre Querverschiebung jedoch verhindern.