DE2140531C3 - Gas diffusion device - Google Patents
Gas diffusion deviceInfo
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- DE2140531C3 DE2140531C3 DE19712140531 DE2140531A DE2140531C3 DE 2140531 C3 DE2140531 C3 DE 2140531C3 DE 19712140531 DE19712140531 DE 19712140531 DE 2140531 A DE2140531 A DE 2140531A DE 2140531 C3 DE2140531 C3 DE 2140531C3
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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.The invention relates to a gas diffusion device, which in a tight chamber a bundle of parallel porous separating tubes, which are firmly connected at one end to a with the wall of the chamber tubular plate and at the other end to one by a deformable sealed connection with the Wall connected and with respect to the wall slidably held tubular plate are tightly attached and open on the opposite side of the plate.
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.Such a gas diffusion device is known from GB-PS 10 50 890. She is supposed to separate from Hydrogen from a heated gas mixture are used, and their separation tubes are therefore capillary tubes from a Palladium alloy.
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-The gas diffusion device according to the invention should be able to be used more generally and in particular also for isotope separation and therefore has a bundle of microporous separating tubes made of a material suitable for the respective purpose, which are also referred to as "porous walls". In the dense cam-
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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.A lower pressure is maintained than inside the separation tubes. If the mean diameter of the pores is sufficiently smaller, then how known that the gas escaping through the porous walls has a higher content of light isotope than that gas introduced at one end of the separation tubes. This is the same at the other end of the separating tubes escaping gas enriched in heavy isotope.
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.The term "separating tube" means both a single microporous tube of simple or composite construction and a candle, which consists of several such pipes butting together to form a single element that can be handled as a block.
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.The material of the separating tubes, which are generally very thin-walled, is often brittle and shock-sensitive and also not able to cope with bending stresses. In such a case, a gas diffusion device of the aforementioned known type difficulties in that by the tubular plate, which is displaceable with respect to the outer wall, has both vertical displacement movements to the axial direction as well as torsional movements, namely when the connection between the slidable tubular plate and the chamber is designed as a spiral tube, can be transferred to the sensitive separation tube, which leads to cracking and breakage, thus the entire device can become unusable.
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.In the previously practically used gas diffusion devices, which avoid these difficulties, the dividing tubes or porous walls are held by a rigid framework to withstand any mechanical stress and especially any compressive stress keep away from them. To achieve this, heavy and expensive structures had to be used. Such known gas diffusion devices are for example in FR-PS 12 52 803 and BE-PS 5 67 135 described.
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.It has been shown in practice that the known porous walls or partition tubes, even if they are made of consist of shock-sensitive material, can be subjected to considerable pressure loads, while bending stresses must be excluded.
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.The invention is now based on the object of creating a gas diffusion device which is simpler and is built lighter than the devices mentioned last and compared to the aforementioned The device can also be equipped with shock-sensitive and non-rigid separating tubes. The device according to the invention should also be more suitable for automatic or semi-automatic assembly.
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.This object is achieved by a gas diffusion device of the type specified at the outset, which is characterized according to the invention by a rigid central frame arranged in the chamber on which the displaceable plate is held axially displaceably and non-rotatably.
Bevorzugte Ausff'hrungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims.
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-That prevailing between the framework and the chamber wall and thus also between the separating tubes The pressure is of course less than the pressure prevailing downstream and especially upstream of the separating tubes, so that the displaceable plate during operation, one in the direction of the fixed platform
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.te is exposed to effective pressure. This pressure is absorbed by the separating tubes, and the rigid one The scaffolding prevents the separating tubes from being subjected to bending loads, since the scaffolding is subject to displacement the sliding tubular plate only allows in the axial direction, so no displacement transversely to the direction of the separating tubes and also not ·. a rotation of the plate, causing the separation tubes to flex or would be subjected to torsional stress.
Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung einer nur als Beispiel angegebenen besonderen Ausführungsform. Die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigtThe invention is illustrated by the following description of a particular one given by way of example only Embodiment. The description refers to the drawings. Herein shows
Fig. 1 schematisch die Diffusionsvorrichtung im Schnitt längs einer durch ihre Achse gehenden senkrechten Ebene,Fig. 1 shows schematically the diffusion device in section along a vertical passing through its axis Level,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt längs JJ-Ji der Fig. 1.FIG. 2 shows a schematic section along JJ-Ji of 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.The in F i g. The diffusion device shown in FIG. 1 consists entirely of a chamber which has a cylindrical outer wall 10 which is tightly closed at its upper part by a dome 12 which is, for example, welded, and at its lower part by a fixed tubular plate 14. The dome 12 is provided with a gas outlet opening 16 through which the undiffused gas fraction emerges according to the arrow / i, and the tubular plate I \ forms one of the walls of a gas distribution chamber 18, which is shown in FIG. 1 is shown schematically in phantom.
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.Furthermore, the diffusion device also has a rigid, to the cylindrical wall 10 coaxial center frame, which is designated as a whole with 20. This scaffolding 20 consists of a grid construction with the cross-section of a regular hexagon. Of course other than hexagonal shapes can also be used, whereby only the condition must be observed, that any rotation of the plate 26 and the spacers which can be displaced on the frame are prevented must, 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 has a central opening 22 is provided, the shape of which corresponds to the cross-section of the rigid framework and through which the gas can escape after passing through the porous walls (separating pipes).
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.The head of the rigid central frame 20 carries a dome 24, the shape of which is substantially the same as that of the Doms 12 is to facilitate the outflow of gases. It is axially displaceable with the dome 12 tubular plate 26 and two axially expandable and compressible flexible connections tightly connected, which at the in F i g. 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 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.Bounded by the outer wall 10 of the tubular fixed plate 14 and the tubular plate 26 Chamber 44 is a bundle of separation tubes 32 guided parallel to the axis of the device in so are arranged in a regular network. For the sake of simplicity, FIG. only one separating tube in one drawn in the radial direction on a greatly enlarged scale, while the axes of some other separating tubes are drawn in dash-dotted lines. These dividing tubes are passed through the tubular plates 14 and 26 and attached to them tightly, 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 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.The separation tubes are referenced in the radial direction on top of each other and the central framework not only through the tubular plates 14 and 26 but also through Spacers 34 held in which they can slide. The spacers 34 are in turn more similar The manner in which the slidable tubular plate was attached to the rigid central frame, i.e. H. movable, however not rotatable or radially displaceable. In this way it is avoided that the separating tubes are subjected to forces 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 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.The spacers 34 are distributed along the lattice beam at regular intervals, which correspond to the free bend of the separating tubes. The number of spacers therefore depends on the length of the diffusion device, which can be several meters. The spacers have a relatively small thickness of, for example, 3 to 4 mm and have bores, the arrangement and number of which is the same as the bores formed in the tubular plates. For an economical production method of these spacers one starts from commercially available perforated sheets.
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.Each separating tube is advantageously provided with centering rings at the level of the spacers 34 in order to to hold the separating tubes precisely in the lateral direction, but to allow their free axial expansion. The holes therefore have a larger diameter than the separating tubes. Ais rings can in particular use those as described in the applicant's French patent no. 21 02 759 are.
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.This type of ring has the additional advantage of enabling highly automated production, as he introduces the separation tubes by threading them through the aligned holes of the Spacers and the sliding tubular plate on the bundle facilitated. This introduction can be done by hand without intervention, if necessary for groups of separating tubes, which means fast work cycles of automatic assembly can be achieved.
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.The lattice girder 20, which forms the rigid central frame, serves as a guide and support for the tubular Plates 14 and 26 and spacer 34 when the diffusion device is perpendicular. Furthermore, it supports the entirety of the separation tube bundle when the diffusion device is inclined. Consequently this lattice beam must be completely rigid in the longitudinal direction and against rotation at the same time, because otherwise it will not prevent the occurrence of bending moments at the level of the restraint in the tubular plates would.
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.The fixed tubular plate 14 and the slidable tubular plate 26 operate under significantly different conditions. The plate 26 which seals the upper end of the separation tube bundle guaranteed, does not absorb any total force when the diffusion device is arranged in a vertical position is because it rests on the entirety of the separating pipes and only through tight connections with low rigidity with the fixed parts of the device (outer wall and rigid central frame 20) is connected.
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-The fixed tubular plate 14 supports the weight of the separation tube bundle, at least when the diffusion device is arranged vertically, and also absorbs the forces generated by the pressure
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.differentiated between the gas entering the separating tubes (arrows fi) and the gas exiting therefrom (arrow / i). 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 tubes have gone. The forces are therefore practically only a tenth of the forces that occurred earlier, which means that the thickness can be significantly reduced.
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 VerbindungThe invention can of course be modified in various ways. In particular, the sliding tubular plate instead of a ring shape have the shape of a full disc, which with an aul the rigid central frame is provided with a displaceable approach. in this case the elastic outer is sufficient tight connection 30, as the inner tight connection
>o überflüssig ist, da die Kuppel 24 durch den Mitteltei der Platte selbst ersetzt ist.> o is superfluous, since the dome 24 is replaced by the middle part of the plate itself.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7030596A FR2102760A5 (en) | 1970-08-20 | 1970-08-20 | |
| FR7030596 | 1970-08-20 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2140531A1 DE2140531A1 (en) | 1972-02-24 |
| DE2140531B2 DE2140531B2 (en) | 1975-09-11 |
| DE2140531C3 true DE2140531C3 (en) | 1976-04-15 |
Family
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