Brevet FR2324349A1 — publié le 19770415

Il est connu de séparer les isotopes dans un gaz, soit par effu sion gazeuse, soit par centrifugation, soit par expansion d'un jet. Le premier procédé nécessite une grande énergie par unité de tra vail de séparation. Le deuxième procédé nécessite des centrifugeuses en grand nombre, de réalisation unitaire très difficile et onéreuse. Le troisième procédé a un pouvoir de séparation faible et nécessi te encore plus d'énergie que le premier. L'invention, objet du présent brevet, supprime ces inconvénients. Elle concerne d'une part un procédé de séparation isotopique, d'autre part, un mode de réalisation de l'élément de séparation isotopique utilisant le procédé. Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que la séparation isotopique est réalisée par centrifugation statique è grande vitesse, le gaz détendu convenablement décrivant un trajet courbe dans une tuyère fixe. L'élément-de séparation isotopique selon invention, qui réalise le procédé selon l'invention, est caractérisé par le fait qu'il com porte en série en suivant, le parcours du gaz: - un conduit d'alimentation - xn convergent subsonique - un col sonique - un divergent superseniqsse dans lequel le gaz se détend 'a un nombre de Mach suffisant - un conduit courbe de section sensiblement constante ou non - un convergent supersonique captant une partie du gaz à l'extérieur après son trajet (courbe), correspondant à la partie appauvrie en molécules légères, et assurant une partie de la recompression - un col sonique le suivant - un divergent sonique ralentisseur où la vitesse restante se trans forme en pression - un conduit collecteur - un convergent supersonique captant l'autre partie du gaz ltinté- rieur après son trajet courbe, correspondant à la partie enrichie en molécules légères et assurant une partie de la recompression - un divergent sonique ralentisseur transformant la vitesse eh pression -un conduit collecteur L'énergie nécessaire est ainsi celle correspondant aux frottements et aux pertes dans les convergents et diffuseurs, Elle est très inférieure à l'énergie intrinsèque du jet en opération de sépa ration, dans le parcours courbe où l'action centrifuge s'exerce. Les caractéristiques de l'invention seront précisées au cours de la description qui suit donnée uniquement à titre d'exemple de réalisation. A la planche unique : la figure 1 est une coupe suivant Il de la figure 2 d'un élément de séparation isotopique la figure 2 est une coupe partielle suivant Il Il de la figure 1 Aux figures 1 et 2, le fluide à traiter arrive dans l'élément de séparation isotopique par le conduit 1 à une pression suffisante pour assurer les détentes ulterieures. Du conduit I il passe par le convergent 2 dans lequel il s' accé- lère puis dans le col 3 outil parcourt à la vitesse du son, Le divergent supersonique 4 détend le gaz au nombre de Mach voulu et le conduit 'a l'élément de séparation proprement dit 5 Cet élément 5 est limité par deux demi cylindres sensiblement concentriques 6 et 7 L'élément actif 5 se termine par deux convergents supersoniques de recompression 8 et 92 tangents en 10. La position de 10 entre 6 et 7 détermine le prélèvement relatif ou la coupure du débit entre la partie enrichie en 8 et appauvrie en 9 en molécules légères. S'il le fallait la position de 10 pourrait eAtre réglable. Le convergent 8 se termine par le col sonique 11 de même le convergent 9 se termine par le col sonique 12 Le convergent 8 et le col sonique Il se prolongent par le divergent subsonique 13 débouchant dans le collecteur 14 conduisant la partie enrichie 'a l'élément suivant de la cascade. Le convergent 9 et le col sonique 12 se prolongent par le divergent subsonique 15 débouchant dans le collecteur 16 conduisant en retour la partie appauvrie à 11 élément voulu précédant de la cascade. Ces différentes parties de l'élément de séparation isotopique sont réalisées par usinage rectiligne dans les pièces 17, 18, 19 et 20 convenablement assemblées par boulons, collage, soudure ou toute combinaison appropriée de ces moyens. Selon l'invention le fonctionnement de l2élément de séparation isotopique est le suivant : Le gaz à enrichir arrive par le conduit I dans le convergent sonique 2 où il s'accélère jusqu'à la vitesse du son correspondant à sa température dans le col 3 d'où il passe dans le divergent 4 où il prend le nombre de Mach correspondant au rapport des sections. il est ensuite intensément centrifugé dans la partie R d'où il sort séparé. La partie enrichie par 8 ralentie k vitesse sonique au col 11 ralentie à nouveau z faible vitesse dans le divergent 13 d'où il est collecté par 14 La partie appauvrie séparée par 10 pénètre dans 9 où elle ralentie jusqu'~ la vitesse du son dans le col 12 d'où elle est ralentie 'a faible vitesse dans le divergent subsonique 15 qui est collecté par 16 Dans des cas particuliers de calcul il peut être avantageux d'avoir trois sorties, chacune d'elles étant toujours, selon l'inven- tien, constituée par un convergent supersonique, un col sonique, un divergent subsonique et un collecteur. La sortie interne recevant la partie enrichie, la sortie médiané une partie non concentrée qui est recyclée tlirectement après recompression au collecteur 1 de l'élément lui-m#me, la sottie externe recevant la partie appauvrie. Dans les conditions de fonctionnement décrites l'énergie n#cessai- re ne sert qu'a compenser les pertes: frottements, décollements éventuels dans les diffuseurs et pertes propres des compresseurs. Elle est évidemment très inférieure b l'énergie de séparation contenue sous forme cinétique dans le parcours 5 REVEND I C AT IONS 1 - Elément de séparation isotopique par centrifugation statique caractérisé en ce que le gaz, de composition chimique uniqne, c'està-dire sans mélange de gaz diluant, passe dans un col sonique puis dans un diffuseur supersonique symétrique où il prend une Titesse uniforme et rectiligne supérieure ou très supérieure à la vitesse du son avant d'effectuer son trajet courbe. 2 - Eément de séparation isotopique par centrifugation statique selon la revend#cation t caractérisé en ce que les surfaces cylindriques formant parois du trajet courbe entre lesquelles le gaz s'écoule perpendiculairement à leurs axes - parallèles ou confondussont disposées d'une nanièbe telle que la section de sortie soit au plus égale à la section d'entrée. 3 - Elément de séparation isotopique par centrifugation statique selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque partie du gaz provenant de sa séparation par une cloison parallèle aux axes des surfaces cylindriques placée au rayon convenable pour le rapport d'enrichissement relatif voulu, pénètre dans un convergeant supersonique suivi d'un col sonique puis d'un divergeant sonique pour être recomprimé. 4 - Elément de séparation isotopique par centrifugation statique selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que les parties séparées et recomprimées du gaz traité sont collectées pour alimenter les éléments voulus, amont et aval de la cascade.