Brevet FR2180542A1 — publié le 19731130

La présente invention a pour objet un dispositif de séparation des constituants d'un mélange gazeux notamment d'un mélange de composés isotopiques. Selon les dispositifs connus jusqu a ce jour, la séparation des constituants d'un mélange gazeux s'effectue dans des cascades constituées à partir de cellules de séparation élémentaires. Ces cellules sont disposées sous forme de chaines d'étages d'enrichissement ou d'appauvrissement successifs. Chacune de ces cellules comporte un conduit d'alimentation du mélange gazeux à séparer. Le flux pénétrant dans la cellule est partagé en deux parties: l'une enrichie en l'un des constituants, l'autre appauvrie par contre-coup. La recuperation de ces flux est faite au moyen de deux conduits d'évacuation appelés respectivement soutirage riche et soutirage pauvre. La plupart des dispositifs antérieurs comporte un nombre assez important de cellules de séparation, le mode d'assemblage des cellules entre elles pouvant être du type parallèle (les conduits équivalents sont reliés à des collecteurs respectifs communs) ou du type série (le soutirage riche d'une cellule est dirigé sur le conduit d'alimentation d'une cellule voisine). La mise en oeuvre de ces dispositifs nécessite un certain nombre d'opérations assez complexes. En effet, avant de mettre une cellule en fonctionnement, il est nécessaire de la mettre préalablement sous vide, de la remplir par un fluide passivant destiné à détruire les impuretés déposées sur les surfaces qui seront en contact avec le mélange gazeux à séparer, d'extraire ce dernier fluide et de remplir ensuite la cellule par le mélange gazeux dont on veut séparer les constituants. De même, lors d'un arrêt normal ou accidentel, il est nécessaire, avant de démonter la cellule, de la vider de son contenu et de balayer son volume intérieur par un courant de gaz neutre. Pour contrôler le fonctionnement correct d'une cellule on peut effectuer une ou plusieurs mesures concernant les paramètres aérodynamiques régissant le partage des flux, par exemple le débit de l'alimentation des soutirages ou encore les niveaux de pression de ces derniers. Dans les dispositifs classiques, l'arret accidentel d'une cellule entraîne des perturbations susceptibles de compromettre les résultats escomptés pour la teneur des constituants après séparation. Ces perturbations sont dues à des modifications des paramètres aérodynamiques ou à l'introduction de gaz étrangers au mélange initial. Pour résoudre les problèmes énoncés ci-dessus, on est amené à munir chaque cellule d'un équipement annexe à la fois complexe et couteux qui consiste en: - des vannes d'isolement sur les conduits d'alimentation et de soutirage de chaque cellule, - un ou plusieurs conduits annexes avec vanne d'isolement pour permettre le déroulement des opérations de nettoyage de la cellule avant et après son fonctionnement, - un matériel de mesure destiné à contrôler le fonctionnement aérodynamique de chaque cellule. Les dispositifs de séparation des constituants d'un mélange gazeux connus jusqu'à ce jour sont donc d'un prix de revient assez élevé et d'un encombrement important. Le dispositif objet de l'invention résoud les problèmes énoncés précédemment notamment en ce qu'il permet, lors du mauvais fonctionnement d'une cellule, d'effectuer les réparations nécessaires sans pour cela perturber le fonctionnement du reste de l'appareil. Il est d'autre part d'une mise en oeuvre relativement simple. Le dispositif conforme à l'invention se caractérise notamment en ce qu il est constitué par un empilement de groupes de cellules de séparation élémentaires, chacun desdits groupes comportant un certain nombre d'étages en série, chacun desdits étages étant forme de plusieurs cellules en parallèle qui fonctionnent en commun à partir de collecteurs d'étage, l'assemblage des différents groupes entre eux étant réalisé au moyen de quatre conduits raccordés aux collecteurs d'étage extrêmes et l'ensemble des collecteurs d'étage d'un groupe étant desservi par une ligne de servitude unique. Dans le dispositif considéré, l'isolement d'un groupe est obtenu au moyen de quatre vannes placées respectivement sur les quatre conduits de raccordement. D'autre part, chaque collecteur d'étage peut être mis en communication avec la ligne de servitude commune au moyen d'une vanne d'isolement. Selon une caractéristique avantageuse du dispositif considéré, la ligne de servitude commune est reliée, par l'intermédiaire de vannes, à différents dispositifs permettant de réaliser les opérations de mise sous vide, extraction, remplissage, purge, contrôle du régime aérodynamique du groupe, apport complémentaire de mélange gazeux à séparer. L'invention sera de toute façon mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en se référant à la figure jointe, qui représente schématiquement l'un des groupes constituant le dispositif-conforme à l'invention. Le groupe représenté sur la figure comporte un certain nombre d'étages 1 en série, chaque étage 1 comportant plusieurs cellules 2 en parallèle. Chaque cellule 2 comporte un conduit d'alimentation 3 du mélange à séparer et deux conduits d'évacuation, l'un 4 de soutirage pauvre, l'autre 5 de soutirage riche. Les cellules 2 fonctionnent en commun à partir de collecteurs d'étage 6. Chacun de ces collecteurs 6 assure la distribution du mélange gazeux dans les conduits d'alimentation 3 de toutes les cellules 2 appartenant au même étage d'enrichissement. En même temps, chaque collecteur 6 collecte les flux de soutirage riche 5 des cellules appartenant à l'étage inférieur et les flux de soutirage pauvre 4 des cellules appartenant àun étage supérieur. Le dispositif considéré est constitué par un empilement de groupes identiques à celui représenté sur la figure. L'assemblage des différents groupes entre eux est réalisé au moyen des quatre conduits 7 raccordés aux collecteurs d'étage extrêmes et véhiculant des flux gazeux montant et descendant suivant les indications des flèches. L'isolement d'un groupe par rapport au reste du dispositif est alors assuré au moyen de quatre vannes 8 placées sur les conduits 7. Les collecteurs d'étage 6 peuvent, d'autre part, être utilisés pour réaliser les diverses opérations de mise sous vide, de remplissage et d'extraction nécessaires avant et après le fonctionnement de chaque cellule. En effet, ils desservent directement les conduits 3, 4 et 5 propres à chaque cellule. Dans ce but, chaque collecteur 6 est mis en communication par le jeu d'une vanne d'isolement 9 ou 10 avec une ligne de servitude commune 11. Cette ligne 11 est reliée, suivant les besoins, avec une station de pompage 12 par l'intermédiaire d'une vanne d'isolement 13 ou avec diverses bouteilles 14 contenant les gaz à introduire dans le groupe par l'intermédiaire d'une vanne 15. D'autre part, le fonctìonnement normal des cellules d'un groupe risque d'être perturbé par la présence, en plus des constituants du mélange à séparer, de gaz étrangers# introduits accidentellement ou demeurés dans les circuits après les opérations de pompage Le plus souvent ces impuretés ont tendance à se rassembler dans les cellules extrêmes dès que le groupe a été mis en service. Il est alors nécessaire de procéder à une purge avant de réaliser l'intégration du groupe dans le dispositif. On effectue alors un pompage partiel au moyen de la station 12 par l'intermédiaire de la vanne 10, de la ligne 11 et de la vanne 13. La ligne de servitude commune 11 peut également être utilisée pour le contrôle du fonctionnement aérodynamique du groupe. Dans ce but, on met la ligne 11 en communication avec un manomètre 16 par l'intermédiaire de la vanne 17 de manière à contrôler la pression des différents collecteurs d'étage 6. La manipulation des vannes 9 et 10 permet la sélection successive des collecteurs d'étage dont on veut contrôler la pression. Enfin, il arrive que l'on doive amener d'une manière continue du mélange gazeux à séparer dans certaines des cellules du groupe. Cette dernière opération peut également être réalisée au moyen de la ligne 11 reliée cette fois à la source de mélange par l'ouverture d'une vanne 18. Il suffit d'autre part, d'ouvrir la vanne 9 correspondant aux collecteurs d'étage alimentant la rangée de cellules auxquelles on doit apporter le mélange gazeux. On peut de plus, faire varier le débit de cet apport de mélange gazeux à séparer en jouant sur le choix de la vanne 9. Ainsi le dispositif conforme à l'invention est particulièrement avantageux en ce sens que l'on peut: - d'une part, isoler un groupe au moyen des vannes 8, - d'autre part, faire subir sélectivement, diverses opérations à l'un des étages du groupe en le mettant en communication avec la ligne de servitude 11 au moyen des vannes 9 et 10. Le dispositif considéré a d'autre part cet avantage qu'il permet d'effectuer les diverses opérations de nettoyage, remplissage et contrôle par l'intermédiaire d'une ligne de servitude unique, ce qui implique une mise en oeuvre aisée et un encombrement moindre. Le dispositif, objet de l'invention, trouve une application intéressante dans la séparation des isotopes 235 et 238 de l'uranium. REVENDICATIONS 10) Dispositif de séparation des constituants d'un mélange gazeux, caractérisé en ce qu'il est constitué par un empilement de groupes de cellules de séparation élémentaires, chacun desdits groupes comportant un certain nombre d'étages en série, chacun desdits étages étant formé de plusieurs cellules en parallèle qui fonctionnent en commun à partir de collecteurs d'étage, l'assemblage des différents groupes entre eux étant réalisé au moyen de quatre conduits raccordés aux collecteurs d'étage extrêmes, et l'ensemble des collecteurs d'étage d'un groupe étant desservi par une ligne de servitude unique. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que quatre vannes sont placées sur les conduits de raccordement de manière à permettre l'isolement d'un groupe. 30) Dispositif selon chacune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque collecteur d'étage comporte une vanne de manière à être mis ou non en communication avec la ligne de servitude commune. 4o) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ligne de servitude est reliée par l'intermédiaire de vannes à différents dispositifs permettant de réaliser les opérations de mise sous vide, extraction, remplissage, purge, contrôle du régime aérodynamique du groupe, apport complémentaire de mélange à séparer.