Brevet FR2489169A1 — publié le 19820305

On connaît différents procédés en vue de séparer ou d'enrichir des mélanges gazeux, en particulier, des mélanges d'isotopes. Pour l'enrichissement de la teneur en isotope U 235 on connaît principaliwment, dans la pratique, le procédé par diffusion. En outre, on connaît également les procédés dits à centrifugeusesde gaz et à tuyère de séparation. Dans ces trois procédés, en raison du faible effet de séparation ou du faible débit, on doit prévoir un grand nombre d'étages de séparation successif s afin d'obtenir l'enrichissementrequis. De plus, dans ces procédés connus, llimportante consommation d'énergie et les frais d'investissement élevés constituent des incon vénients D'après le brevet autrichien 238.697, on connatt un dispositif en vue de séparer ou dlenrichir des mélanges gazeux.Ce dispositif connu comporte un disque tournant à grande vitesse et présentant une zone d'alimentation annulaire slétendant radialement pour le mélange gazeux, cette zone d'alimentation étant divisée par au moins une fente radiale d'une tuyère annulaire tandis que, à la suite de cette fente et à peu près dans le plan de. celleci, la zone d'alimentation comporte un canal d'évacuation s'étendant radialement pour la fraction lourde du mélange tandis que, de part et d'autre de la fente de la tuyère, sont prévus des canaux d'évacuation annulaires s'étendant radialement pour la fraction légère du mélange. Toutefois, ce dispositif connu ne. s'est pas impose dans la pratique pour la séparation d'isotopes, en particulier, pour la séparation d'isotopes d'uranium. La présente invention a pour objet de fournir un dispositif du type indiqué ci-dessus en dernier lieu convenant, en particulier, pour la séparation ou l'enrichissement d'isotopes d'uranium. A cet effet, suivant l'invention, on dispose plusieurs disques parallèlement l'un à l'autre sur un arbre commun, tandis que les canaux formés dans plusieurs disques et prévus pour l'évacuation de la fraction légère et/ou de la fraction lourde du mélange sont reliés l'un à l'autre. Dans le dispositif de l'in#ention, il se seforme une cascade interne car on prévoit, par disque, de préférence, plusieurs tuyères de séparation suceessives Les forces centrifuges servent a assurer la compression et non la séparation. Il peut y avoir une élévation de pression d'environ 4.000:1 dans le sens radial En théo- rie, un dispositif suivant 1 l'invention dans lequel on exploite cette différence de pression entre le centre et la périphérie, exerce un effet de séparation élémentaire de 1,07 pour la séparation d'isotopes d'uranium.Au départ d'une tuyère annulaire d'un diamètre de 200 mm et dont la fente a une largeur de arsa, ce qui correspond à un débit d'environ 10 litres d#hexafluorure d'uranium gazeux par seconde, par calcul, une cascade de 22 dis ques de séparation donnerait un rendement annuel de 57 tonnes d'U 235 enrichi à 3% L'invention sera décrite ci#après plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'une moitié d'un dispositif suivant l'intention illustré schématique~ ment la figure 2 représente, à une échelle agrandie, certaines parties de la tue de face de la figure 1 ; et la figure 3 est une vue de face détaillée d'un disque comportant un dispositif d'évacuation pour le mélange. Le dispositif illustre dans les dessins annexés comporte un arbre 1 monté dans des paliers 2 et 3, cet arbre pouvant etre entraîné en rotation à grande vitesse par un moteur 4. Sur cet arbre 15 sont fixés plusieurs disques 5, 6, 7 et 8. Chacun des disques 5 à 8 comporte une zone d'alimentation annulaire 9 débouchant, via une fente de tuyère i0a, dans une chambre annulaire lia. A peu près dans le plan de la fente iOa de la tuyère, cette chambre lia comporte une conduite de sortie 12a sté- largissant tout d'abord radialement, pour déboucher ensuite, via une autre fente de tuyère lOb, dans une chambre llb.De la même manière, à la suite de cette chambre lib, sont prévues une autre conduite de sortie 12b et une autre chambre lic. Cette dernière chambre lic débouche dans une conduite d'évacuation 13. Chacune des chambres lia à lac a > sur'sa paroi extérieure, une section transversale en V et , de part et d'autre de la fente de tuyère, une conduite d'évacuation 14, ces conduites d'évacuation 14 étant reliées à des collecteurs 20. L'arbre 1 est d'une réalisation partiellement creuse et il comporte trois chambres 15, 16 et 17. La chambre 15 comporte deux conduites de sortie 21 s'étendant radialement et débouchant dans la zone d'alimentation 9 des deux disques 5 et 6.Le mélange initial est acheminé à la chambre 15 via une conduite 18 et un passage annulaire 19, notamment par un anneau fixe (non représenté). Par suite des forces centrifuges engendrées lors de la rotation des disques 5 à 8, le mélange initial est acheminé aux tuyères 10a via les conduites 21 et les zones d'alimentation9. 9. Immédia- tement après, le mélange pénètre dans la chambre lia ayant, sur sa paroi extérieure, une section transversale en V avec une tuyère de sortie 22a. La séparation proprement dite des deux fractions a lieu entre la tuyère de sortie 22 et la paroi en V agissant à la manière d'un racloir. De la sorte, la fraction légère est chassée vers l'extérieur dans les conduites d'évacuation 14 tandis que, en revanche, la fraction lourde sort par la tuyère 22.Le processus de séparation se répète d'une manière analogue dans les deux chambres annulaires ul térieures llb et lic. Les conduites d'évacuation 13 pour la fraction lourde conduisent celle-ci, via un collecteur commun 23, dans la chambre 16 de l'arbre 1 dtoù le mélange passe dtune manière analogue à travers le disque 7. En ltoccurrence, la fraction lourde est évacuée vers l'extérieur par la conduite 13 du disque 7 tandis que, en revanche, la fraction légère circulant dans les conduites d'évacuation14 14du disque 7 est recyclée à la conduite 18 via les conduites 20a, 20b et un collecteur 23. De la sorte, on assure une exploitation optimale du mélange initial. Les conduites d'évacuation 20a et 20b pour la fraction légère P arrivent, via un collecteur 25 de la chambre 17, à l'arbre 1 et de là, aux différentes fentes de tuyères lOa-lOc, ainsi qu'aux chambres annulaires lia- ltc du disque 8. La fraction légère P du mélange est évacuée vers l'extérieur par les conduites 20a et 20t du disque 8 via un collecteur 26. La fraction lourde W du mélange quitte le dispositif de l'invention via la conduite d'évacuation 13 du disque 7. La figure 3 illustre un dispositif d'évacuation pour les deux fractions du mélange au bord extérieur du disque 5. Ce dispositif d'évacuation est constitué de disques fixes 31 à 34 qui sont maintenus par un anneau extérieur fixe (non repré sensé), REVENDICATIONS 1. Dispositif en vue de séparer ou d'enrichir des mélanges gazeux, en particulier, des mélanges d'isotopes, en fractions ayant des poids spécifiques différents, de préférence, pour L'enrichissement d'U 235 sous forme d'hexafluorure d'uranium, ce dispositif comportant un disque tournant à grande vitesse et ayant, pour le mélange, une zone d'alimentation annulaire s'étendant radialement et divisée par au moins une fente radiale d'une tuyère annulaire, cette zone d# alînientation comportant, à la suite de la fente de tuyère et à peu près dans le plan de cette fentes un canal d'évacuation annulaire 51 étendant radialement pour la fraction lourde du mélange et, de part et d'autre de cette fente de tuyère, des canaux d'évacuation anmXulaires s'étendant r,dz ale- ment pour la fraction légère du mélange, caractérisé en ce quton dispose plusieurs disques parallèlement l'un à l'autre sur un arbre commun, tandis que les canaux formés dans plusieurs disques et prévus pour l'évacuation de la fraction légère et/ou de la fraction lourde du mélange sont reliés 1'un à l'autre. 2. Dispositif suivant la revendication i,- caractérisé en ce qu'un canal d'évacuation d'au moins un disque est relié à l'entrée de la zone d'alimentation d'un autre disque.