JPS5948135B2 - Mixed gas separation device using thermal diffusion couple - Google Patents
Mixed gas separation device using thermal diffusion coupleInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、本件と同一の出願人が昭和48年7月18田
こ特許出願した昭和48年特許願第80323号(発明
の名称: 「異種拡散媒体の組合せによる熱分離効果重
畳拡大方法」)を利用したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is based on patent application No. 80323 filed in July 1972 by the same applicant as the present case (title of invention: This method utilizes the "separation effect superimposition enlargement method").
先に出願した発明は、熱拡散による原子、分子、イオン
の輸送現象を重畳し、輸送効果を高めることによって種
々の物理的化学的操作に応用せんとするものであったが
、本発明はこれらのうち特に気体分子にこの輸送効果を
適用することに関し、拡散媒体として多孔性物質を用い
た熱拡散対による混合気体の分離装置に関する。The previously filed invention was intended to be applied to various physical and chemical operations by superimposing the transport phenomena of atoms, molecules, and ions due to thermal diffusion and increasing the transport effect. In particular, the present invention relates to applying this transport effect to gas molecules, and relates to a device for separating mixed gases using a thermal diffusion couple using a porous material as a diffusion medium.
熱拡散は混合気体の内部に温度勾配が存在する場合に、
その勾配に沿って混合気体分子の移動が行われて、混合
気体に相対的な濃度差が生じる現象であり、1916年
頃〜1917年にかけてS、ChapmanとF、W、
Doostonとによって、その現象的実在の確認及び
理論的証明がなされた。Thermal diffusion occurs when there is a temperature gradient inside the gas mixture.
It is a phenomenon in which the molecules of a mixed gas move along the gradient, causing a relative concentration difference in the mixed gas.From around 1916 to 1917, S. Chapman and F.
Dooston confirmed its phenomenal existence and theoretically proved it.
この熱拡散は通常の濃度拡散とは逆方向の拡散であり、
拡散物質の偏在、濃度差をもたらすように進行し、その
結果この熱拡散で生じた濃度差によって次は熱拡散を打
ち消す方向に濃度拡散が生じ、一定の濃度差が現われた
時に定常状態に達してみかけの拡散は消滅する。This thermal diffusion is in the opposite direction to normal concentration diffusion,
The process progresses in such a way as to bring about the uneven distribution and concentration difference of the diffusing substances, and as a result, the concentration difference caused by this thermal diffusion causes concentration diffusion in the direction that cancels out the thermal diffusion, and a steady state is reached when a certain concentration difference appears. The apparent diffusion disappears.
用語の定義として本明細書中では熱拡散によってもたら
される拡散物質の濃度差、偏在などの物理的変化のこと
を熱分離効果と称する。As a definition of the term, in this specification, physical changes such as concentration differences and uneven distribution of diffusing substances brought about by thermal diffusion are referred to as thermal separation effects.
元来、この熱分離効果は、非常に小さいため、熱拡散を
利用して混合気体を分離するためには、何某かの手段に
よって効果を重畳させることが必要とされ、従来この方
法としてクルジウス型分離塔が知られている。Originally, this thermal separation effect was very small, so in order to separate a mixed gas using thermal diffusion, it was necessary to superimpose the effect by some means, and the conventional method for this was the Crusian type. Separation towers are known.
しかし、このクルジウス型分離塔は分離ユニットを何段
にも連結して、大きな温度勾配を持たせるべく、高熱源
を使用していた。However, this Crusius-type separation column connected separation units in multiple stages and used a high heat source to create a large temperature gradient.
また、装置が簡略であるものの、気体の対流を伴うため
熱効率が悪い。Furthermore, although the device is simple, it involves gas convection and therefore has poor thermal efficiency.
そして、装置の構成、費用等の面で困難な問題が存在し
た。Additionally, there were difficult problems in terms of device configuration, cost, etc.
熱分離効果はあらゆる混合気体について存在するのであ
り、通常の物理的、化学的方法では処理しえない同位体
分離等にも利用することができるという長所があるもの
の実験室的規模での使用を除いて実用化には至っていな
かった。Thermal separation effect exists for all gas mixtures, and although it has the advantage of being able to be used for isotope separation, etc., which cannot be treated with normal physical or chemical methods, it cannot be used on a laboratory scale. However, it has not been put into practical use.
クルジウス型分離塔は、第1図に示すように同心状に配
置された二円筒の内側101を高温部とし、外側102
を低温部とした筒体100を用いるものであり、例えば
炭素元素の同位体120原子と13C原子とを分離する
場合について説明すると、炭素元素を含んだ気体である
メタンガスを用い具体的には、第2図に示すように内側
101を電熱線103等で高温部とし、一方外側102
を冷水104で低温部として温度勾配を生じさせる。As shown in Fig. 1, the Crusius type separation column has two cylinders arranged concentrically, with an inner side 101 serving as a high temperature section, and an outer side 102 serving as a high temperature section.
The cylindrical body 100 is used as a low-temperature part. For example, in the case of separating isotope 120 atoms of carbon element and 13C atom, specifically, using methane gas, which is a gas containing carbon element, As shown in FIG.
A temperature gradient is created by using cold water 104 as a low temperature section.
そして、このクルジウス型分離塔の原理は、第3図に示
すように同心二円筒の内側高温部101と外側低温部1
02との温度勾配によって12CH4と13CH4との
混合気体に熱拡散を生じさせるもので、その結果、低温
側105では13CH4、が、また高温側106では1
2CH4が各々高濃度となる。The principle of this Crusius-type separation column is as shown in FIG.
The temperature gradient with 02 causes thermal diffusion in the mixed gas of 12CH4 and 13CH4, and as a result, 13CH4 on the low temperature side 105, and 1 on the high temperature side 106.
2CH4 each has a high concentration.
さらに、内側高温部101と外側低温部102との温度
差によって対流が生じる。Furthermore, convection occurs due to the temperature difference between the inner high temperature section 101 and the outer low temperature section 102.
このために低温側105の気体は下方へ、また高温側1
06の気体は上方へ移動し、筒体の上部107では12
CH4が、下部108では13CH4が各々高濃度とな
る。For this reason, the gas on the low temperature side 105 flows downward and the gas on the high temperature side 105 flows downward.
06 gas moves upwards, and at the upper part 107 of the cylinder, 12
In the lower part 108, CH4 has a high concentration, and 13CH4 has a high concentration.
そして、第4図に示すように、このような筒体100を
多数連結して、13C原子の濃縮分離が行われていた。As shown in FIG. 4, a large number of such cylindrical bodies 100 are connected to perform concentration separation of 13C atoms.
しかし、このクルジウス型分離塔にあっては、対流の発
生が不可欠な条件であるため、膨大な熱損失が不可避で
あった。However, since the generation of convection is an essential condition for this Crusius-type separation column, a huge amount of heat loss is unavoidable.
また、筒体の内側と外側とに大きな温度差を生じさせる
必要があり、電熱線等の専用高熱源を使用しなければな
らなかった。Furthermore, it is necessary to create a large temperature difference between the inside and outside of the cylinder, and a dedicated high heat source such as a heating wire must be used.
さらに、操作を操り返して効果を増大させても、手数が
かかりすぎるため、一般的には用いられていなかった。Furthermore, even if the effect was increased by re-manipulating the operation, it would be too time-consuming, so it was not generally used.
けれども、この熱分離効果はいがなる気相混合系にも存
在するので、上述の同位体の混合気体系の場合のように
液化分離等の通常用いられる物理的、化学的方法が一効
を奏さない場合にも有効であり、従って、もしもこの熱
分離効果の適切な重畳方法が他に見出されるならば、気
相混合系の分離技術として大いに寄与することとなる。However, since this thermal separation effect also exists in any gas phase mixture system, commonly used physical and chemical methods such as liquefaction separation are effective, as in the case of the isotope mixture gas system mentioned above. It is effective even when there is no thermal separation effect, and therefore, if another method for appropriately superimposing this thermal separation effect is found, it will greatly contribute as a separation technology for gas phase mixed systems.
また、従来同位体ガス系にも適用可能な1つの方法とし
てガス拡散法による混合気体の分離が行われていた。Furthermore, as a method applicable to isotope gas systems, gas diffusion has been conventionally used to separate mixed gases.
このガス拡散法は、例えば原子力発電用の235Uの濃
縮をウランフッ化物ガスであるUF6によって行うもの
で、このガス拡散法による同位体の分離の長所としては
、混合気体を静止した隔膜に透過拡散してやるだけでよ
いため、装置及び操作が非常に簡単であり、しかもプラ
ントを運転する上での安定性、耐久性が極めて高いこと
である。In this gas diffusion method, for example, 235U for nuclear power generation is enriched using uranium fluoride gas, UF6.The advantage of isotope separation using this gas diffusion method is that the mixed gas is permeated and diffused through a stationary diaphragm. The equipment and operation are extremely simple, and the stability and durability of the plant operation are extremely high.
反面、ガス拡散法の最大の欠点は気体の隔膜透過に駆動
力を与えるポンプの電力消費量が大きいことでちなみに
一定濃度の濃縮ウランを製造する価格即ち、分離費の約
50%が運転費であるといわれている。On the other hand, the biggest drawback of the gas diffusion method is that the power consumption of the pump that provides the driving force for gas permeation through the diaphragm is large.Incidentally, the price of producing enriched uranium at a certain concentration, that is, about 50% of the separation cost, is the operating cost. It is said that there is.
本発明は、上記した問題に鑑みてなされ、新規な混合気
体の分離装置を提供するもので、熱拡散を応用し、拡散
媒体として多孔性物質を用いた熱拡散対基体を多数連結
して混合気体の分離を行うものであり、ガス拡散法の長
所である装置及び操作の簡便さはそのままで、しがも運
転費を安くおさえることができる。The present invention was made in view of the above-mentioned problems, and provides a novel mixed gas separation device that applies thermal diffusion and connects a large number of thermal diffusion pairs using porous materials as diffusion media to mix the gases. This method separates gases, and while maintaining the simplicity of equipment and operation, which are the advantages of the gas diffusion method, it is possible to keep operating costs low.
すなわち、本発明による熱拡散対の作用には、全く機械
的設備を必要としないため、安定性、耐久性は非常に高
く、そして、ガス拡散法の最大の欠点である没入な運転
費を不要とする。In other words, the heat diffusion couple according to the present invention does not require any mechanical equipment to operate, so it has very high stability and durability, and does not require the intensive operating costs, which is the biggest drawback of the gas diffusion method. shall be.
装置駆動のエネルギー消費については、従来のクルジウ
ス型分離塔に比して対流による熱損失がないために、は
るかに熱効率がよく、また熱拡散対の連結数を増加させ
てやれば数十度の温度差でも混合気体の分離を有効に行
うことができ、このためエネルギー源としては、専用の
熱源を設けなくとも工場廃熱、地熱、海水の温度差、太
陽熱といった低質なエネルギーが利用できる場合が多く
、運転費を安く抑えることができる。In terms of energy consumption for driving the device, there is no heat loss due to convection compared to conventional Crusius separation columns, so it is much more thermally efficient, and if the number of connected heat diffusion pairs is increased, the energy consumption can be reduced by several tens of degrees. Mixed gases can be effectively separated even with temperature differences, and for this reason, low-quality energy such as factory waste heat, geothermal heat, seawater temperature differences, and solar heat can be used as energy sources without the need for a dedicated heat source. In many cases, operating costs can be kept low.
以下、図面を参照して本発明に係る熱拡散対の原理を説
明する。Hereinafter, the principle of the heat diffusion pair according to the present invention will be explained with reference to the drawings.
第5図は本発明に係る熱拡散対基体の模式的原理図であ
り、1は熱拡散対基体M、 Nは相異なる二つの物質
系で、Nには多孔性物質7が使用されている。FIG. 5 is a schematic principle diagram of the heat diffusion pair substrate according to the present invention, where 1 is the heat diffusion pair substrate M, N is two different material systems, and N is a porous material 7. .
熱拡散対基体1は、相異なる二つの物質系M。Thermal diffusion pair substrate 1 consists of two different material systems M.
Nとからなり、その一方または両方に拡散媒体として多
孔性物質が用いられている。N, and a porous material is used as a diffusion medium in one or both of them.
もし、M、 Nの両方に多孔性物質を用いる場合には、
互いに異なる性質の多孔性物質を用いる必要がある。If porous materials are used for both M and N,
It is necessary to use porous materials with different properties.
ここで、多孔性物質とはその内に無数の細孔を含む物質
のことで、多孔体、多孔材料、多孔質物質とも呼ばれて
おり、具体的には陶磁器、ガラス、耐火物セメントなど
のセラミックスをはじめ、金属の焼結材、高分子材料、
繊維束等があげられる。Here, a porous substance is a substance that contains countless pores, and is also called a porous body, porous material, or porous substance, and specifically includes ceramics, glass, refractory cement, etc. Including ceramics, sintered metal materials, polymer materials,
Examples include fiber bundles.
本発明で用いる多孔性物質として高い効果を与えるもの
は、その細孔径が分離せんとする混合気体中の気体分子
の平均自由行程の近傍かそれ以下で、しかも連通となっ
ている細孔を看することが必要である。Porous materials that are highly effective for use in the present invention are those whose pore diameter is close to or smaller than the mean free path of the gas molecules in the gas mixture to be separated, and which have communicating pores. It is necessary to.
細孔径及び細孔径分布の均一性、耐久性等についてはガ
ス拡散法で使用される隔膜よりも低品質の多孔性物質で
も有効に使用することができる。In terms of pore size, uniformity of pore size distribution, durability, etc., even porous materials of lower quality than the diaphragm used in the gas diffusion method can be used effectively.
この多孔性物質を拡散媒体としてM、 Hの一方または
両方に使用する目的は、第一に、多孔性物質の細孔径が
気体分子の平均自由行程の近傍またはそれ以下の場合に
は、多孔性物質中を通過する気体分子が分子流あるいは
粘性流を構成し、そこにおける気体分子の物理的及び化
学的性質が通常の環境下の気相系(Bulk相)におけ
る性質と著しく相違するという周知の現象を利用して二
つの物質系M、 Nを通過する気体分子の拡散環境に差
を生じさせて熱拡散対の構成を可能にするためである。The purpose of using this porous material as a diffusion medium for one or both of M and H is, firstly, when the pore diameter of the porous material is close to or smaller than the mean free path of gas molecules, it becomes porous. It is well known that gas molecules passing through a substance form a molecular flow or a viscous flow, and the physical and chemical properties of the gas molecules there are significantly different from those in a gas phase system (bulk phase) under normal circumstances. This is because the phenomenon is used to create a difference in the diffusion environment of gas molecules passing through the two material systems M and N, thereby making it possible to construct a thermal diffusion pair.
また、第二の目的は通常の混合気相系の分離に必要とさ
れる事が多い選択透過性膜を不要°とするためで、有効
な選択透過性膜を持たない気体に対しても、混合気体の
分離を行えるようにするためである。The second purpose is to eliminate the need for permselective membranes, which are often required for the separation of ordinary mixed gas phase systems, and for gases that do not have an effective permselective membrane. This is to enable separation of mixed gases.
そして、第三の目的は、M、 N中における気体分子の
拡散速度を大きく損なわないようにするためである。The third purpose is to prevent the diffusion rate of gas molecules in M and N from being significantly impaired.
第5図に示した熱拡散対基体1は、Nにのみ多孔性物質
7が使用され、Mは通常の気相系(Bulk相)のまま
とされていて、M、 Nが異なる二つの物質系とされ
た場合が示さ。In the thermal diffusion pair substrate 1 shown in Fig. 5, a porous material 7 is used only for N, and M is left in a normal gas phase system (bulk phase), and two materials with different M and N are used. The case where it is assumed to be a system is shown.
れている。It is.
これらのM、 N両方に混合気体を満たすと、当初は、
混合気体の組成はM、 Hの到る処でそれぞれ一定と
なっている。When both M and N are filled with a gas mixture, initially,
The composition of the gas mixture is constant throughout M and H.
異なる二つの物質系M、 Nはそれらの一端6で接触
し、この一端6で気体分子の交換が可能とされている。Two different material systems M and N are in contact at one end 6, and gas molecules can be exchanged at this one end 6.
M及びNは高温部8、低温部9,9′によって温度勾配
が生じるようにされている。M and N are designed to have a temperature gradient due to the high temperature section 8 and the low temperature sections 9 and 9'.
ここで、高温部8を低温部に、低温部9,9を高温部に
して温度勾配を与えてもよい。Here, a temperature gradient may be provided by making the high temperature section 8 a low temperature section and the low temperature sections 9, 9 a high temperature section.
Nに使用される多孔性物質7としては、前記した細孔径
の大きさに対する条件以外に、。The porous substance 7 used for N has the following conditions in addition to the above-mentioned conditions regarding the pore size.
温度勾配を保ちやすい低熱伝導性で、しかも、混合気体
に対する耐腐蝕性、非反応性を有する物質であることが
好ましい。It is preferable to use a material that has low thermal conductivity that makes it easy to maintain a temperature gradient, and also has corrosion resistance and non-reactivity with mixed gases.
なお、低熱伝導性であることは通常多くの多孔性物質に
ついて共通する性質として認められる。Note that low thermal conductivity is generally recognized as a common property of many porous materials.
以上のように構成された熱拡散対基体1は、異なる二つ
の物質系M、 N両方に温度勾配が存在するため、双方
で熱分離効果が生じることとなる。In the heat diffusion pair substrate 1 configured as described above, since a temperature gradient exists in both of the two different material systems M and N, a thermal separation effect occurs in both.
今、簡便のため二成分系を考えることとし混合気体中の
拡散物質D1が他の混合気体より分子量が小さいとする
と、一般には、熱拡散対基体1の気相系(Bulk相)
Mにおいては、高温部8と低温部9との温度勾配による
熱分離効果により、Mの高温側2では拡散物質D1の濃
度(モル分率)が高くなり、一方Mの低温側3では拡散
物質D□の濃度が低くなる。Now, for the sake of simplicity, we will consider a two-component system, and if we assume that the diffusive substance D1 in the gas mixture has a smaller molecular weight than the other gas mixtures, then in general, the thermal diffusion versus the gas phase system (bulk phase) of the substrate 1.
In M, due to the thermal separation effect due to the temperature gradient between the high temperature section 8 and the low temperature section 9, the concentration (mole fraction) of the diffused substance D1 becomes high on the high temperature side 2 of M, while on the other hand, the concentration (mole fraction) of the diffused substance D1 increases on the low temperature side 3 of M. The concentration of D□ becomes low.
(Mの高温側2でのモル分率をCo、Mの低温側3での
モル分率を01とする。(The mole fraction of M on the high temperature side 2 is Co, and the mole fraction of M on the low temperature side 3 is 01.
)。また、熱拡散対基体1の多孔性物質7を拡散媒体と
して使用したNにおいては、高温部8と低温部9′との
温度勾配による熱分離効果により、Bulk相における
場合と同様に多くの場合、Nの高温側4では拡散物質D
1の濃度が高くなり、−万Nの低温側5では拡散物質D
1の濃度が低くなる。). In addition, in N using the porous material 7 of the thermal diffusion substrate 1 as a diffusion medium, due to the thermal separation effect due to the temperature gradient between the high temperature part 8 and the low temperature part 9', in many cases as in the case of the bulk phase. , on the high temperature side 4 of N, the diffused substance D
The concentration of 1 increases, and on the low temperature side 5 of -10,000 N, the diffused substance D
The concentration of 1 becomes lower.
(Nの高温側4での拡散物質D1の濃度をそれと平衡す
る混合気体Bulk相のモル分率C8′で表わしNの低
温側5での濃度を同様に02とする。(The concentration of the N diffused substance D1 on the high temperature side 4 is expressed as the molar fraction C8' of the mixed gas bulk phase that is in equilibrium with it, and the concentration of N on the low temperature side 5 is similarly assumed to be 02.
)熱分離効果は、拡散物質D1とそれのおかれている物
質系および温度差に固有するものである。) The thermal separation effect is unique to the diffusing substance D1, the material system in which it is placed, and the temperature difference.
熱拡散対基体1の低温部9,9′を同一温度の低温部と
してM、 Nでの温度差が同じであっても、Nは拡散
媒体として細孔径が拡散物質D1の平均自由行程の近傍
またはそれ以下で細孔が連通された多孔性物質7を用い
てあり、通常の気相系(Bulk相)であるMとは大き
く異なった物質系とされているため、Mでの熱分離効果
による高・低温側の濃度C8,C1の値とNでの熱分離
効果による高・低温側のC6′、C2の値とでは差を生
じることとなる。Even if the temperature difference in M and N is the same when the low temperature parts 9 and 9' of the substrate 1 are at the same temperature, N is used as a diffusion medium and the pore diameter is close to the mean free path of the diffusive substance D1. The porous material 7 in which the pores are connected is used, and it is considered to be a material system that is significantly different from M, which is a normal gas phase system (bulk phase), so the thermal separation effect in M is There will be a difference between the values of concentrations C8 and C1 on the high and low temperature sides due to the thermal separation effect of N and the values of C6' and C2 on the high and low temperature sides due to the thermal separation effect of N.
ところで異なる二つの物質系M、 Nの一端6が接触
され、拡散物質の交換が可能であるためM。By the way, one end 6 of two different material systems M and N is brought into contact and it is possible to exchange the diffused substances.
Nの高温側における拡散物質D1の濃度C6とC8′の
値は等しい。The concentrations C6 and C8' of the diffused substance D1 on the high temperature side of N are equal in value.
従って、最初M、 Nを同じ成分比の混合気体で満たし
ておいても、熱拡散対基体1の8及び9,9′をそれぞ
れ高温部及び低温部として温度勾配を設けてやることに
より、最終的にMの低温側3とNの低温側5とでは、拡
散物質D1の濃度に差を生じることとなり、それゆえC
1と02の値が異なることとなる。Therefore, even if M and N are initially filled with a mixed gas having the same component ratio, the final Generally speaking, there will be a difference in the concentration of the diffusive substance D1 between the low temperature side 3 of M and the low temperature side 5 of N, so that C
The values of 1 and 02 will be different.
この拡散物質の濃度CI、 C2がC,> C2となる
かCt < C2となるかは、使用する混合気体及び濃
縮しようとする拡散物質D1と拡散媒体としてNに使用
する多孔性物質7の種類、そして熱拡散対基体1に与え
る温度勾配の向き(8を高温部、9,9′を低温部とす
るか8を低温部、9,9′を高温部とするが。Whether the concentration CI, C2 of this diffusing substance is C, > C2 or Ct < C2 depends on the mixed gas used, the diffusing substance D1 to be concentrated, and the type of porous material 7 used for N as a diffusion medium. , and the direction of the temperature gradient given to the heat diffusion versus substrate 1 (8 is the high temperature part and 9 and 9' are the low temperature part, or 8 is the low temperature part and 9 and 9' are the high temperature part).
)によって決まる。) is determined by
ここではC1〉C2と仮定する。このときMの低温側3
では、Nの低温側5に対して、相対的に拡散物質D4の
濃縮を行うことができる。Here, it is assumed that C1>C2. At this time, the low temperature side 3 of M
In this case, the diffusion substance D4 can be concentrated relative to the N low temperature side 5.
また、前述したように8を低温部とし、9,9′を高温
部として温度勾配の向きを逆にすると、Nの低温側5で
Mの低温側3に対して相対的に拡散物質D1の濃縮を行
うことができることとなる。Furthermore, as described above, if 8 is a low temperature part and 9 and 9' are high temperature parts and the direction of the temperature gradient is reversed, the diffusion substance D1 is This means that concentration can be performed.
以上の説明にあっては1基の熱拡散対基体1について説
明した。In the above description, one heat diffusion pair substrate 1 has been described.
このような熱拡散対1基では、C1と02との差は非常
に小さい。With one such heat diffusion pair, the difference between C1 and 02 is very small.
であるから実際に混合気体の分離を行うためには前述し
たように熱拡散対基体1を多数連結して熱分離効果を重
畳してやらなければならない。Therefore, in order to actually separate a mixed gas, it is necessary to connect a large number of heat diffusion pair substrates 1 as described above to superimpose the heat separation effect.
このような重畳が可能である処に熱拡散対を利用する利
点がある。There is an advantage in using a heat diffusion pair where such superposition is possible.
第6図は、二基の熱拡散対基体11.21を直列に連結
して熱拡散対列を構成した状態が示されている。FIG. 6 shows a state in which two heat diffusion pair substrates 11.21 are connected in series to form a heat diffusion pair array.
熱拡散対基体を連結させるにあたって、その極性を一致
させるために、一方の熱拡散対基体゛11の多孔性物質
17を使用したN1と他方の熱拡散対基体21の通常の
気相系(Bulk相)であるN2とが接触部16′で拡
散物質D1の交換が可能となるように連結されている。When connecting the heat diffusion pair substrates, in order to match their polarities, N1 using the porous material 17 of one heat diffusion pair substrate 11 and a normal gas phase system (bulk) of the other heat diffusion pair substrate 21 are used. phase) N2 is connected to the contact portion 16' so that the diffusion substance D1 can be exchanged.
熱拡散対基体を数百、数千と連結する場合にも相互に隣
接する熱拡散対基体の多孔性物質を使用したNと通常の
気相系(Bulk相)Mとを接触させ極性を一致させた
上で連結し熱拡。Even when connecting hundreds or thousands of thermal diffusion pairs, the polarity can be matched by bringing N using a porous material of the adjacent thermal diffusion pairs into contact with a normal gas phase system (bulk phase) M. After that, connect and heat spread.
散対列を構成する必要がある。It is necessary to construct a distributed array.
図中、18.28は高温部とし、19.29.29’は
低温部として、Ml、 Nl。In the figure, 18.28 is the high temperature part, 19.29.29' is the low temperature part, Ml, Nl.
N2.N2に温度勾配が与えられる。N2. A temperature gradient is applied to the N2.
ここで、二基の熱拡散対基体11.21における拡散物
質D1について、Ml、 N2の高温側12.22での
濃度(モル分率)をC1o、C2o、またMt、 N2
の低温側13.23での濃度をC1l、 C2□とし、
さらにN1. N2の高温側14、24での濃度をそれ
と平衡する混合気体Bulk相のモル分率C1o′、C
2o′で表わし、しかもN1. N2の低温側15.2
5での濃度を同様にC1□、C22とする。Here, regarding the diffusive substance D1 in the two thermal diffusion pair substrates 11.21, the concentrations (molar fractions) of Ml and N2 on the high temperature side 12.22 are C1o, C2o, and Mt, N2
Let the concentrations at the low temperature side 13.23 be C1l, C2□,
Furthermore, N1. The mole fraction C1o', C of the bulk phase of the mixed gas that equilibrates the concentration of N2 on the hot side 14, 24 with it.
2o', and N1. N2 low temperature side 15.2
Similarly, the concentrations at 5 are assumed to be C1□ and C22.
この二基の熱拡散対基体11.21を連結するときも、
第5図について説明したCt > C2となるものと仮
定する。Also when connecting these two heat diffusion pair bases 11.21,
Assume that Ct > C2 as described with reference to FIG.
そうすると、二基の熱拡散対基体11.21の重畳効果
で拡散物質D1の濃度(モル分率)は、C11〉C2□
となりしかも熱拡散基体1基の場合との比較ではC1□
> C1> C2> C2□という関係が成り立つこと
となる。Then, due to the superimposed effect of the two thermal diffusion pairs on the substrate 11.21, the concentration (mole fraction) of the diffusive substance D1 becomes C11>C2□
In comparison with the case of one heat diffusion base, C1□
The following relationship holds true: > C1 > C2 > C2□.
この二基の熱拡散対基体11゜21を連結した場合の熱
分離効果の重畳について更に詳細に拡散現象の進行にと
もなう時間の経過とともに説明すると、以下のごとくで
ある。The superposition of thermal separation effects when these two thermal diffusion pair bases 11 and 21 are connected will be explained in more detail as time passes as the diffusion phenomenon progresses, as follows.
まず、二基の熱拡散対基体11.21を接触部16′で
連結する。First, the two heat diffusion pair substrates 11.21 are connected at the contact portion 16'.
混合気体を満たした最初の状態では、Mt、 Nl、
N2. N2の到る処で拡散物質D1の濃度すなわちC
o、 C1ot C10’t C12,C21,C20
9C2o’tC22は一定となっている。In the initial state filled with a gas mixture, Mt, Nl,
N2. The concentration of the diffused substance D1 everywhere in N2, that is, C
o, C1ot C10't C12, C21, C20
9C2o'tC22 is constant.
次に、この二基の熱拡散基体11.21を連結した熱拡
散対列に温度勾配を与える。Next, a temperature gradient is applied to the heat diffusion pair connecting these two heat diffusion bases 11.21.
すなわち18.28を高温部、19.29.29’を低
温部とする。That is, 18.28 is a high temperature section, and 19.29.29' is a low temperature section.
そうすると、各々の物質系M 1゜Nl、 N2. N
2では、この温度勾配による熱分離効果で拡散物質D1
について濃度差を生じ、第5図について説明したのと同
じように、拡散物質D1の濃度について、各々の熱拡散
対基体it、 21では、C1□>C,。Then, each material system M 1°Nl, N2. N
2, the thermal separation effect due to this temperature gradient causes the diffusion substance D1 to
For the concentration of the diffusing substance D1, for each thermal diffusion versus substrate it, 21, C1□>C, in the same way as described with respect to FIG.
、 C2□〉C2□となる。ところが二基の熱拡散対基
体11及び21は接触部16′で拡散物質D1の交換が
可能なように連結されているために、N1の低温部15
とN2の低温部23との濃度C1□と02□とは結果的
に01□−02□となる。, C2□>C2□. However, since the two heat diffusion pair substrates 11 and 21 are connected at the contact portion 16' so that the diffusion substance D1 can be exchanged, the low temperature portion 15 of N1
As a result, the concentrations C1□ and 02□ of the low temperature part 23 of N2 become 01□-02□.
第6図に示した二基の熱拡散対基体11及び21では第
5図について説明したのと同様にCo > C12゜C
2□>C2□となり、温度勾配を与える前の状態では二
基の熱拡散対基体11と21とは、致る処で一定濃度で
あるため各々の熱拡散対基体内の気体分子の拡散の結果
、もし接触部16′での気体分子の交換がないとすると
01□> C2□となる。In the two heat diffusion pair substrates 11 and 21 shown in FIG. 6, Co > C12°C as explained in FIG. 5.
2 > C2 As a result, if there is no exchange of gas molecules at the contact portion 16', 01□>C2□.
接触部16′では拡散物質D1の交換が可能であるため
、またN1の低温側15とN2の低温側23とは同じ低
温部29で温度勾配が存在しないため熱拡散は生ぜず、
C1□< C2□となれば界面をはさんだ濃度拡散によ
ってN2の低温側23からN1の低温部15へ拡散物質
D1が移動し結果的に02□−01□に保たれる。Since the diffusive substance D1 can be exchanged in the contact part 16', and since the low temperature side 15 of N1 and the low temperature side 23 of N2 are the same low temperature part 29 and there is no temperature gradient, no thermal diffusion occurs.
If C1□<C2□, the diffused substance D1 moves from the low temperature side 23 of N2 to the low temperature part 15 of N1 due to concentration diffusion across the interface, and as a result, it is maintained at 02□-01□.
すると、一方の熱拡散対基体11では、N4の低温側1
5の濃度C1□がN2の低温側23からの拡散の結果高
くなるためN1における熱分離効果の平衡を保つため拡
散物質D1がN1の高温部14へ輸送され、CIO’の
濃度が高くなる。Then, in one heat diffusion pair substrate 11, the N4 low temperature side 1
Since the concentration C1□ of 5 becomes high as a result of the diffusion of N2 from the low temperature side 23, the diffused substance D1 is transported to the high temperature part 14 of N1 in order to balance the thermal separation effect in N1, and the concentration of CIO' becomes high.
ここで、熱拡散対基体11のMlとN1の接触部16で
は拡散物質D1の交換が可能であるため、N1の高温部
14からMlの高温部12に拡散物質D1.が移動しC
IQ’ = ctoに、保、たれる。Here, since the diffusion substance D1 can be exchanged at the contact portion 16 between Ml and N1 of the heat diffusion pair substrate 11, the diffusion substance D1. moves and C
IQ' = cto, maintained.
すると、Moの高温側12の濃度CIOがN1の高温側
14からの拡散の結果高、くなるため、Mlにおける拡
散物質D1の濃度が高くなりMlの低温部13での拡散
物質D0の濃度C1□も高くなることとなる。Then, the concentration CIO of Mo on the high temperature side 12 becomes high as a result of the diffusion of N1 from the high temperature side 14, so the concentration of the diffused substance D1 in Ml increases, and the concentration C1 of the diffused substance D0 in the low temperature side 13 of Ml increases. □ will also be higher.
また、他方の熱拡散対基体21でもM2の低温部23で
の拡散物質D1゜の濃度C21がN1の低温側15への
拡散の結果低くなることによって、熱拡散対11と同じ
ようにN2の低温側25からM2の低温側23へ拡散物
質D工がさらに輸送される。In addition, in the other thermal diffusion pair base 21, the concentration C21 of the diffused substance D1° in the low temperature part 23 of M2 becomes low as a result of the diffusion of N1 to the low temperature side 15, so that the concentration of N2 The diffused substance D is further transported from the low temperature side 25 to the low temperature side 23 of M2.
そして、それがまた、M□の低温部13へ輸送されるこ
ととなる。Then, it will also be transported to the low temperature section 13 of M□.
以上のような二基の熱拡散対基体11.21の連結によ
る重畳効果で拡散物質D1についてC1□〉C1> C
2> C22という関係が成り立つこととなる。Due to the superimposed effect due to the connection of the two heat diffusion pairs with the substrate 11.21 as described above, C1□〉C1〉C for the diffusing substance D1.
The relationship 2>C22 holds true.
こ。のように熱拡散対基体を連結したことによる熱分離
効果の重量は、数百、数千と連結してやると、連結基数
が増加する程混合気体の分離効率を上げることができる
。child. The weight of the thermal separation effect due to the connection of the heat diffusion pair to the substrate as shown in FIG.
このように熱拡散対基体を多数連結して熱分離効果を重
畳させる場合には、第7図に示すように相隣合う熱拡散
対基体1の多孔性物質7を使用したNと通常の気相系(
Bulk相)Mとを接触させ、温度勾配を与えるための
高温部と低温部とを交互にしてやらなければならない。In this way, when a large number of heat diffusion pair substrates are connected to overlap the thermal separation effect, as shown in FIG. Phase system (
Bulk phase) M must be brought into contact with the bulk phase, and high-temperature parts and low-temperature parts must be alternated to provide a temperature gradient.
第7図は、熱拡散対基体1が連結された状態を示す模式
図であり、N、 N、 N、・・・・・・・・・は拡
散媒体として多孔性物質7を使用した系であり、また、
M。FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the heat diffusion pair substrate 1 is connected, and N, N, N, . . . are systems using a porous substance 7 as a diffusion medium. Yes, also
M.
M、 M、・・・・・・・・・は通常の気相系(Bul
k相)である。M, M, ...... are normal gas phase systems (Bul
k phase).
8、 8. 8.・・・・・・は高温部とし、9. 9
. 9.・・・・・・は低温部とする。8, 8. 8. ... is a high temperature section, and 9. 9
.. 9. ... is a low temperature section.
このように熱拡散対基体の極。性を一致させて直列に連
結してやることにより、第6図を用いて二基の熱拡散対
基体の連結で説明した熱分離効果の重畳が、熱拡散対基
体の連結数にともなって拡大されることになる。Thus heat spreads versus the poles of the substrate. By matching the characteristics and connecting them in series, the superimposition of the thermal separation effect explained in connection of the two heat diffusion units and the substrate using Figure 6 will be expanded as the number of connections of the thermal diffusion unit and the substrate is increased. It turns out.
また、前述したように8,8,8.・・・・・・を低温
部とし、9゜9.9.・・・・・・を高温部として温度
勾配を与えるようにしてもよい。Also, as mentioned above, 8, 8, 8. ...... is the low temperature part, 9°9.9. . . . may be used as a high temperature portion to provide a temperature gradient.
ここで用いる高温、低温という概念は相対的な温度を意
味し、各熱拡散対基体に対する高温部、低温部はすべて
同一とすることを要さず、また、この高温と低温の温度
差については、熱拡散対基体の連結基数を増加させるこ
とで数百度以上から数度の温度差まで利用できる。The concepts of high temperature and low temperature used here mean relative temperatures, and it is not necessary that the high temperature and low temperature areas for each heat diffusion pair and substrate are the same, and the temperature difference between high and low temperatures does not need to be the same. By increasing the number of connections between the heat diffusion pair and the substrate, it can be used from a temperature difference of several hundred degrees or more to a temperature difference of several degrees.
次に、1基の熱拡散対基体について第5図で説明した拡
散物質D1の濃度(モル分率) C1,C2を用いて分
離度kをct/c2=にとすると、拡散物質D1が希薄
である時、第6図のような熱拡散対基体2基を直列に連
結する場合には、C1l / Cl2−C2□/C22
−によりC1□/C2゜−に2となる。Next, if we use the concentration (molar fraction) C1 and C2 of the diffusive substance D1 explained in FIG. When two heat diffusion pair substrates as shown in Fig. 6 are connected in series, C1l/Cl2-C2□/C22
-, C1□/C2°- becomes 2.
そして、一般にn基の熱拡散対基体を第7図に示すよう
に直列に連結する場合には、その分離度は〜に0で示さ
れる。In general, when n heat diffusion pair substrates are connected in series as shown in FIG. 7, the degree of separation is represented by 0.
第8図には、熱拡散対による熱分離効果を外部に取り出
すために、熱拡散対を構成する二つの拡散媒体M、 N
に被作用系R,Sを接触させた状態が示されている。In FIG. 8, two diffusion media M and N constituting the heat diffusion pair are shown in order to extract the heat separation effect by the heat diffusion pair to the outside.
The state in which the affected systems R and S are in contact with each other is shown.
この熱拡散対の作用を及ぼすべき被作用系R,Sは、拡
散媒体M、 Nと同一の物質系として通常の気相系(B
ulk相)、多孔性物質を使用した系としてもよく、ま
た、被作用系R9S両方を通常の気相系(Bulk相)
としてそのままM、 Nに接続させてもよく、さらに、
拡散物質D1が有効な選択透過性膜を有する場合には、
それをM、 Hの端部に設けた上で被作用系R,Sを
接続させてもよい。The affected systems R and S that should exert the action of this thermal diffusion couple are a normal gas phase system (B
(ulk phase), a system using a porous material may also be used, and both affected systems R9S may be replaced with a normal gas phase system (bulk phase).
It may be connected to M and N as is, and furthermore,
When the diffusing substance D1 has an effective permselective membrane,
It may be provided at the ends of M and H and then connected to the affected systems R and S.
これらの被作用系R,Sは、拡散物質D1の性質、利用
する高、低熱源の種類や状態、使用する多孔性物質の物
性、混合気体分離装置全体の構成等に応じて、拡散物質
D1の交換が可能で最も適した物質系を被作用系R,S
としてM、 Nに接続させればよい。These affected systems R and S depend on the properties of the diffused substance D1, the types and conditions of the high and low heat sources used, the physical properties of the porous material used, the overall configuration of the mixed gas separation device, etc. The most suitable material system in which it is possible to exchange is the affected system R, S
Just connect it to M and N as follows.
被作用系R,Sは、熱拡散対列により重畳された熱分離
効果を外部に取り出すためだけでなく、熱拡散対基体の
直列連結を多数必要とする場合、熱拡散対列による混合
気体の組成比の重畳変化に付随して生じる圧力変化を調
節するための圧力調節設備を一定基数ごとに設ける等に
も使用する。The affected systems R and S are used not only to extract the heat separation effect superimposed by the heat diffusion pair to the outside, but also to extract the mixed gas by the heat diffusion pair when a large number of series connections of heat diffusion pairs are required. It is also used to provide pressure adjustment equipment for each fixed number of bases to adjust pressure changes that occur due to superimposed changes in composition ratio.
本発明において気体分子と称するは、この熱拡散対列の
作用を及ぼすべき系R,Sで、熱拡散対列中を拡散する
分子又は原子が気体状態にあることを意味し、熱拡散対
列の拡散媒体中において、特に多孔性物質の拡散媒体中
で、拡散分子が細孔壁面に吸着しているか、細孔中で凝
縮相を形成しているかを問題にするところのものではな
い。In the present invention, the term gas molecules means that the molecules or atoms diffusing in the thermal diffusion pair are in a gas state in the system R, S that should exert the action of the thermal diffusion pair. In a diffusion medium, especially a porous material, it does not matter whether the diffusion molecules are adsorbed on the pore walls or form a condensed phase in the pores.
次に、本発明に係る熱拡散対列の具体的な説明をする。Next, a detailed explanation of the heat diffusion pair according to the present invention will be given.
本発明は、その原理で説明した通り、同位体や様々な混
合気体の分離に用いることができるが、ここで原子力発
電の燃料として用いるための235Uの濃縮を例にとっ
て説明する。As explained in the principle, the present invention can be used to separate isotopes and various gas mixtures, but the following will explain the enrichment of 235U for use as fuel for nuclear power generation as an example.
・原子力発電の核燃料として用いる235Uは、天然に
存在するウラン中の約0.715%で、他のほとんどが
238Uである。・235U, which is used as nuclear fuel for nuclear power generation, accounts for approximately 0.715% of naturally occurring uranium, with most of the rest being 238U.
ガス体を対象とする本発明の具体的な適用にあっては、
従来のガス拡散法の場合と同様に、原料としてウランと
フッ素の化合物である六フッ化つラン(UF6)を用い
、ウラン235 (235U)の濃縮を行わしめること
とし、また六フッ化ウランを235UF6と238UF
6との混合気体とみなして、本発明による熱拡散対基体
を多数連結した熱拡散列によって熱分離効果を重畳し、
有効に235UF6の濃縮を行う。In the specific application of the present invention to gas bodies,
As with the conventional gas diffusion method, uranium-235 (235U) will be enriched using uranium hexafluoride (UF6), a compound of uranium and fluorine, as a raw material. 235UF6 and 238UF
6, the thermal separation effect is superimposed by a thermal diffusion array in which a large number of thermal diffusion pairs according to the present invention are connected,
Effectively concentrates 235UF6.
まず、235UF6の濃縮の具体的な実施例を説明する
前に、侵蝕性の強い気体であるUFeに対して、熱拡散
対として用いることができる外枠・外形及び多孔性物質
、そして、熱拡散対による分離の度合について述べる。First, before explaining a specific example of concentrating 235UF6, we will explain the outer frame, shape, and porous material that can be used as a heat diffusion pair for UFe, which is a highly corrosive gas, and the heat diffusion We will discuss the degree of pairwise separation.
UF6は、侵蝕性の強い気体ではあるが、本発明の熱拡
散対基体に使用する多孔性物質としては、ガス拡散法の
ために従来開発されてきた隔膜をそのまま用いることが
できる。Although UF6 is a highly corrosive gas, diaphragms conventionally developed for gas diffusion methods can be used as they are as the porous material used in the heat diffusion pair substrate of the present invention.
UFe気体分子の平均自由行程は75℃、450mmp
Hの条件下で〜500人であり、処理する時の気体圧、
温度にもよるが数百への細孔径を有する多孔性物質を用
いればよい。The mean free path of UFe gas molecules is 75℃, 450 mmp
~500 people under conditions of H, gas pressure when processing,
It is sufficient to use a porous material having a pore size of several hundred, depending on the temperature.
具体的には、テフロン、アルミナ、ニッケル等による隔
膜が従来開発されている(参考文献:中根良平、化学工
学、第34巻、第4号、P355〜P358、(197
0))。Specifically, diaphragms made of Teflon, alumina, nickel, etc. have been developed in the past (Reference: Ryohei Nakane, Chemical Engineering, Vol. 34, No. 4, P355-P358, (197
0)).
しかも、本発明の熱拡散対基体に使用する多孔性物質は
、ガス拡散法の隔膜に比して、耐圧性、細孔径分布の均
−性等の条件が緩和された物質でよい。In addition, the porous material used in the heat diffusion pair substrate of the present invention may be a material that has relaxed conditions such as pressure resistance and uniformity of pore size distribution, as compared to the diaphragm of the gas diffusion method.
装置の外枠・外形等を構成する材料としては、Al5M
g、 Cu、 Fe、 Ni等の如く表面に薄いフッ素
化合物被膜が形成され、内部腐蝕が抑止されるような材
料を用いればよい。The material that constitutes the outer frame and shape of the device is Al5M.
It is sufficient to use a material that forms a thin fluorine compound film on the surface and inhibits internal corrosion, such as aluminum, Cu, Fe, or Ni.
ちなみにクルジウス型分離塔を用いてUF6の分離を行
った例では、低温側円筒の材質にCu、高温側円筒の材
質にNiを用いた事が報告されている。Incidentally, in an example in which UF6 was separated using a Crusius-type separation column, it has been reported that Cu was used as the material for the low-temperature side cylinder and Ni was used as the material for the high-temperature side cylinder.
1気圧下において、UF6は、59℃で固化し、また、
440℃では分解せず安定であるため、常圧近傍で処理
しようとすると、熱拡散対の低温側、高温側の温度をこ
の範囲内の温度にする必要がある。Under 1 atm, UF6 solidifies at 59°C, and
Since it does not decompose and is stable at 440° C., when processing near normal pressure, it is necessary to set the temperature on the low temperature side and high temperature side of the heat diffusion pair within this range.
熱拡散による分離の度合は、2成分気体系の場合は、通
常熱拡散因子a (thermal diffusi
onfactor)、によって表わされる。In the case of a two-component gas system, the degree of separation due to thermal diffusion is usually determined by the thermal diffusi factor a (thermal diffusi
onfactor).
ここで、一次元の拡散の場合を考えると、温度勾配によ
ってもたらされた熱拡散と、その結果束じた濃度勾配に
よってもたらされた濃度拡散とが釣り合っている定常状
態において、次の関係式が成立する。Now, considering the case of one-dimensional diffusion, in a steady state where the thermal diffusion caused by the temperature gradient and the concentration diffusion caused by the resulting bundled concentration gradient are balanced, the following relationship is established. The formula holds true.
ここで、xa、 xbは、それぞれ成分a、成分すのモ
ル分率、ΔI、は成分すのモル分率変化、Tは絶対温度
、ΔTは温度差である。Here, xa and xb are the mole fractions of component a and component A, respectively, ΔI is the change in mole fraction of component A, T is the absolute temperature, and ΔT is the temperature difference.
238UF5−235UF6系については、クルジウス
型分離塔を用いての分離実験の結果からα=〜0.01
という値が導出されている(Karl、 F、 Ale
xander 。Regarding the 238UF5-235UF6 system, α = ~0.01 from the results of a separation experiment using a Crusius type separation column.
The value has been derived (Karl, F, Ale
xander.
Fortschritte der Physik、
8. ppl−41,(1960))。Fortschritte der Physik,
8. ppl-41, (1960)).
さて、(1)式において成分すを235UF6とすると
、x、 ”: 0.72X10 ”であるからxa二〜
1、熱拡散対の低温側と高温側との温度差を50度にと
り、370に近傍で熱拡散対列により分離を行うとする
と、すなわち50度の温度差をはさんで235UF6の
濃度が1.0014倍、あるいは1.0014分の1に
なることを示している。Now, in equation (1), if the component is 235UF6, then x is 0.72X10, so xa2~
1. If the temperature difference between the low-temperature side and the high-temperature side of the heat diffusion pair is 50 degrees, and separation is performed by the heat diffusion pair near 370, that is, the concentration of 235UF6 is 1 across the 50 degree temperature difference. This indicates that it will be .0014 times, or 1/1.0014.
熱拡散対の場合には、二種の拡散媒体におけるそれぞれ
の作用の差分を外部に取り出すことができる。In the case of a heat diffusion pair, the difference in the effects of two types of diffusion media can be extracted to the outside.
前述のαの値は混合気体Bulk相面のものであり、多
孔性物質中における値をα、とすると、両者の符号が同
じならば歯と偽の差分が、また、両者の符号が異なれば
αMとα、を加算したものが1基の熱拡散基体の作用と
して現われる。The value of α mentioned above is for the bulk phase surface of the mixed gas, and if the value in a porous material is α, then if the signs of both are the same, it is the tooth and false difference, and if the signs of the two are different, it is the difference between tooth and false. The sum of αM and α appears as the action of one heat diffusion substrate.
このαヶとα、の符号が同じ場合と異なる場合というの
は、混合気体及び使用する多孔性物質によって決められ
る。Whether the signs of α and α are the same or different depends on the gas mixture and the porous material used.
この一基の熱拡散対基体によるα′の値は、前述したよ
うに使用する多孔性物質等により異なるのではあるが、
数値のオーダーはほぼ同一であり、一基の熱拡散対基体
による235UF6の濃縮率を1.001とすると、2
.5%程度の核燃料を得るために3.5倍の濃縮を行う
場合には、(1,001)1253 =〜3.5より、
千基余りの熱拡散対基体を直列に接続すればよい。Although the value of α′ due to this single thermal diffusion versus substrate varies depending on the porous material used, etc., as mentioned above,
The order of the numerical values is almost the same, and if the concentration ratio of 235UF6 by one heat diffusion pair substrate is 1.001, then 2
.. When enriching 3.5 times to obtain about 5% nuclear fuel, (1,001)1253 = ~3.5,
It is sufficient to connect more than 1,000 heat diffusion pair substrates in series.
熱拡散対列の作用は、(1)式により示された混合気体
成分間の相対的な熱拡散による流れの他に、熱拡散対列
の両端の被作用系R,Sのうち一方から他方に向う気体
全体の流れがあり(現象論的にはクヌーセン効果として
説明される)、これが装置の処理能力を規定することと
なる。In addition to the flow due to relative thermal diffusion between the mixed gas components shown by equation (1), the action of the thermal diffusion pair is caused by the flow from one of the affected systems R and S at both ends of the thermal diffusion pair to the other. There is a flow of the entire gas toward (phenomenologically explained as the Knudsen effect), which defines the throughput of the device.
流れの律速は、拡散抵抗の大きい多孔性物質中の拡散に
よると思われるが、この温度勾配によって多孔性物質中
に生じる熱拡散の駆動力を、それと定常状態に達した時
の濃度拡散に等しいとして概算すると、多孔性物質と気
体分子の間の熱拡散因子をα=0.4として他は前述と
同様の条件下で概算すると、多孔性物質を挾んで、混合
気体の合計した濃度と濃度の比ΔC/CとしてΔC/C
=〜0.05を。The rate of flow is thought to be determined by diffusion in porous materials with high diffusion resistance, and the driving force for thermal diffusion generated in porous materials due to this temperature gradient is equal to that and the concentration diffusion when a steady state is reached. If the thermal diffusion factor between the porous material and the gas molecules is α = 0.4 and the other conditions are the same as above, then the total concentration and concentration of the mixed gas with the porous material sandwiched are ΔC/C as the ratio ΔC/C
=~0.05.
得る。obtain.
UFsの多孔性物質の拡散定数として
D =−0,05(cm’/5ec)を仮定し、気孔率
50%、常圧近傍、多孔性物質の厚ちQ、5mm、断面
積10m′とすると、UF6の流量として〜1.lX1
0 ”mol/sec 7−〜15m1/m1n(標準
状態)を得る。Assuming that the diffusion constant of the porous material of UFs is D = -0.05 (cm'/5ec), the porosity is 50%, the pressure is near normal pressure, the thickness of the porous material is 5 mm, and the cross-sectional area is 10 m'. , as the flow rate of UF6 ~1. lX1
0" mol/sec 7-15 ml/mln (standard state) is obtained.
すなわち1分間に15m1の混合気体を処理することが
できる。That is, 15 ml of mixed gas can be processed per minute.
次に、図面を用いて本発明に係る熱拡散対何の具体例を
説明する。Next, specific examples of the heat diffusion pair according to the present invention will be explained using the drawings.
第9図は、前述した熱拡散対何を平型に構成し。FIG. 9 shows the above-described heat diffusion pair configured in a flat type.
た平型熱拡散対何31の側断面図を示している。3 shows a side cross-sectional view of a flat heat diffusion pair 31.
平型熱拡散対何31は上部遮断壁33を設けた上部板3
1aと下部遮断壁33′を設けた下部板31b及び側板
32.32からなる。The flat heat diffusion pair 31 has an upper plate 3 provided with an upper blocking wall 33.
1a, a lower plate 31b provided with a lower blocking wall 33', and side plates 32,32.
この上・下部板31a、31b及び上・下部遮断壁33
.33’そして側板32.32は、:UF6に対して耐
腐蝕性のある銅、ニッケル等よりなる。These upper and lower plates 31a and 31b and upper and lower blocking walls 33
.. 33' and the side plates 32.32 are made of copper, nickel, etc. that are corrosion resistant to UF6.
これらの上部遮断壁33及び下部遮断壁33′によって
拡散媒体として、テフロン、アルミナ焼結材等の数百へ
の細孔径を有する多孔性物質を用いたNと、””’UF
6−238UF6混合Bulk気相系をそ:のまま用い
たMの2つの物質系が直列になされている。These upper blocking walls 33 and lower blocking walls 33' serve as diffusion media for N and UF using porous materials such as Teflon and sintered alumina with pore diameters of several hundreds.
Two material systems of M are connected in series using the 6-238UF6 mixed bulk gas phase system as is.
そして、気相系Mを丁形にして多孔性物質を使用したN
と気相系Mとの接触面34.34’の面積が大きくなる
ようにされている。Then, N
The area of the contact surface 34, 34' between the gas phase system M and the gas phase system M is made large.
このようにした。のは、拡散物質の移動は、多孔性物質
中の方が気相系よりも抵抗が大きいため、多孔性物質を
使用したNの拡散断面積を大きくして、平型熱拡散対何
31全体としての拡散速度が速くなるようにするためで
ある。I did it like this. The reason for this is that the movement of diffused substances has greater resistance in porous materials than in gas phase systems, so by increasing the cross section of N diffusion using porous materials, it is possible to This is to increase the rate of diffusion.
この平型熱拡散対何31は、その上部。板31aを高温
部とし、下部板31bを低温部として温度勾配を与える
ようにされている。This flat heat diffusing pair 31 is on its top. The plate 31a is used as a high temperature part and the lower plate 31b is used as a low temperature part to provide a temperature gradient.
この熱源としては種々のものが使用可能であるが、UF
6の物性から常圧処理の場合には、低温部は59℃以上
とし高温部は440℃以下とすることが要求される。Various heat sources can be used as this heat source, but UF
In the case of normal pressure treatment, from the physical properties 6, it is required that the temperature of the low-temperature part be 59°C or higher and the temperature of the high-temperature part be 440°C or lower.
本実施例では上部板31aの高温部を120℃とし、下
部板31bの低温部を70℃として50度の温度差を設
けるものとする。In this embodiment, the high temperature part of the upper plate 31a is set to 120°C, and the low temperature part of the lower plate 31b is set to 70°C, providing a temperature difference of 50 degrees.
第10図は、熱拡散対何を管状に配置した管状熱拡散対
何61の断面図を示している。FIG. 10 shows a cross-sectional view of a tubular heat diffusion pair 61 in which the heat diffusion pairs are arranged in a tubular manner.
この管状熱拡散対何61は同心状の内側遮断壁63を設
けた内管62と外側遮断壁63′を設けた外管65から
なり、これらによって平型熱拡散対何31と同様に」−
形の気相系M及び多孔性物質を使用したNが交互になる
ようにされている。This tubular heat-diffusing couple 61 consists of an inner tube 62 with a concentric inner blocking wall 63 and an outer tube 65 with an outer blocking wall 63', thereby making it similar to the flat heat-diffusing couple 31.
The gas phase system M in the form of a gas phase and the N using a porous material are made to alternate.
そして、内管62の内側に熱水または熱気を通し高温部
とし、外管65の外側は、空冷、水冷または湿潤させて
大気中に放置するなどで低温部とし、これによって管状
熱拡散対何61に温度勾配を与えるようにされている。Then, hot water or hot air is passed inside the inner tube 62 to make it a high-temperature part, and the outside of the outer tube 65 is made into a low-temperature part by cooling it with air, water, or keeping it moist and leaving it in the atmosphere. 61 to provide a temperature gradient.
また、情況によっては外管65を加熱して内管62に冷
水を通したり、内管62を電熱線等で高温部としてもよ
い。Further, depending on the situation, the outer tube 65 may be heated and cold water may be passed through the inner tube 62, or the inner tube 62 may be made into a high temperature section using a heating wire or the like.
多孔性物質を用いた系Nと気相系Mとは接触面34.3
4’ (64,64’)でのみ拡散物質235UF6.
””UF6の交換が行われるように遮断壁33゜33
’ (63,63’)が設けられているが、特別に遮断
壁33.33’ (63,63’)設けないで多孔性物
質の側面の細孔を塞ぐ等してもよい。The system N using a porous substance and the gas phase system M are at the contact surface 34.3
4' (64, 64') only diffused material 235UF6.
""The blocking wall 33° 33 so that the UF6 can be replaced.
' (63, 63') are provided, but the pores on the side surfaces of the porous material may be closed without providing a special blocking wall 33.33' (63, 63').
第11図は、第9図に示した平型熱拡散対何31を1つ
の単位要素として厚みの方向に6列重ね、それぞれの接
続する被作用系R,Sを共通にして並列に接続した平型
熱拡散対何板35を示す平断面図である。Figure 11 shows six rows of flat heat diffusion pairs 31 shown in Figure 9 stacked up in the thickness direction as one unit element, connected in parallel with the connected systems R and S in common. 3 is a plan cross-sectional view showing a flat heat diffusion pair plate 35. FIG.
被作用系R及びSには次の段の熱拡散対基体35のS及
びRと連結したり、被分離気体を取り出したりするため
の吸排口36.37が設けである。The affected systems R and S are provided with suction and exhaust ports 36 and 37 for connecting them to S and R of the heat diffusion pair substrate 35 of the next stage and for taking out the gas to be separated.
第9図には6基の熱拡散対基体を直列に連結したものが
示され、第11図には、6列の平型熱拡散対何31をR
,Sを共通にして並列に接続したものが示されているが
、これらは適宜その数を増減することができる。FIG. 9 shows six heat diffusion pairs connected in series, and FIG. 11 shows six rows of flat heat diffusion pairs 31 connected in series.
, S are shown in common and connected in parallel, but the number of these can be increased or decreased as appropriate.
第12図は、以上のような平型熱拡散対何板35を多数
連結した最も簡便なバッチ式混合気体分離装置を示す。FIG. 12 shows the simplest batch type mixed gas separation apparatus in which a large number of flat heat diffusion plates 35 as described above are connected.
一方の混合気体分離タンク41には、混合気体供給口4
2、被分離気体回収口43、熱拡散対接続口44が設け
てあり、それぞれに混合気体供給弁52、被分離気体回
収弁53、熱拡散対接続弁54が取り付けられている。One mixed gas separation tank 41 has a mixed gas supply port 4.
2. A separation gas recovery port 43 and a heat diffusion pair connection port 44 are provided, and a mixed gas supply valve 52, a separation gas recovery valve 53, and a heat diffusion pair connection valve 54 are attached to each of them.
他方の混合気体分離タンク45には、熱拡散対接続口4
6、混合気体排出口47が設けてあり、それぞれに熱拡
散対接続弁56、混合気体排出弁57及びポンプ58が
取り付けられている。The other mixed gas separation tank 45 has a heat diffusion pair connection port 4.
6. A mixed gas discharge port 47 is provided, and a heat diffusion pair connection valve 56, a mixed gas discharge valve 57, and a pump 58 are attached to each of the mixed gas discharge ports 47.
両方の混合気体分離タンク41.45に取り付けられた
二つの熱拡散対接続弁54.56の間には、前記平型熱
拡散対何板35が相隣り合う平型熱拡散対何板35の被
作用系R,Sに設けた吸排口36.37が交互になるよ
うに連結されている。Between the two heat diffusion couple connection valves 54.56 attached to both mixed gas separation tanks 41.45, the flat heat diffusion couple plates 35 are connected to the adjacent flat heat diffusion couple plates 35. Suction and exhaust ports 36 and 37 provided in the operated systems R and S are connected alternately.
そして、平型熱拡散対何板35の上板35aを高温部4
8 (120℃)、下板35bを低温部49 (70℃
)として平型熱拡散対何板35内のすべての系M、 H
に50度の温度勾配を与えるようにされている。Then, the upper plate 35a of the flat heat diffusion pair plate 35 is attached to the high temperature section 4.
8 (120°C), the lower plate 35b is placed in the low temperature section 49 (70°C
) as a flat heat diffusion pair plate 35 for all systems M, H
It is designed to provide a temperature gradient of 50 degrees.
これによって、平型熱拡散対何板35を直列に連結し、
熱分離効果の重畳が行えるようにされている。By this, the flat heat diffusion pair plates 35 are connected in series,
Thermal separation effects can be superimposed.
また前記混合気体分離タンク41゜45、弁52.53
.54.56.57その他連結用パイプ等はUFeに耐
腐蝕性を有するCu、 Ni等の材質なのはもちろんで
ある。In addition, the mixed gas separation tank 41°45, valve 52.53
.. 54.56.57 Other connecting pipes, etc. are of course made of materials such as Cu and Ni, which have corrosion resistance to UFe.
次に、第12図に示した装置の分離行程について説明す
る。Next, the separation process of the apparatus shown in FIG. 12 will be explained.
まず、被分離気体回収弁53を閉じ混合気体排出弁57
、混合気体供給弁52、二つの熱拡散対接続弁54、5
6を開き、混合気体供給口42より235UF6−23
8UF6混合気体を供給する。First, close the gas recovery valve 53 to be separated, and close the mixed gas discharge valve 57.
, a mixed gas supply valve 52, two heat diffusion pair connection valves 54, 5
6 and 235UF6-23 from the mixed gas supply port 42.
Supply 8UF6 mixed gas.
このとき他方の混合気体回収口47側にポンプ58を用
いて混合気体を充満させる時間を短縮するようにされて
いる。At this time, a pump 58 is used to shorten the time for filling the other mixed gas recovery port 47 with the mixed gas.
このようにして、装置内が混合気体で満たされると混合
気体供給弁52及び他方の混合気体排出弁57を閉じ、
平型熱拡散対何板35.35.35.・・・・・・に温
度勾配を与えて定常状態に達するのを待つ。In this way, when the inside of the device is filled with the mixed gas, the mixed gas supply valve 52 and the other mixed gas discharge valve 57 are closed,
Flat heat diffusion pair plate 35.35.35. Apply a temperature gradient to ... and wait for it to reach a steady state.
すると本発明の原理等で詳述したように、一方の混合気
体分離タンク41では235UF6が濃縮され、他方の
混合気体分離タンク45では希釈されることとなる。Then, as described in detail in the principles of the present invention, 235UF6 is concentrated in one mixed gas separation tank 41 and diluted in the other mixed gas separation tank 45.
定常状態に達するか濃縮度がある程度認められる程にな
った時に、二つの熱拡散対弁54.56を閉じ、被分離
気体回収弁53を開き、被分離気体回収口43から分離
された気体を回収する。When a steady state is reached or the degree of enrichment reaches a certain level, the two heat diffusion pair valves 54 and 56 are closed, the separated gas recovery valve 53 is opened, and the separated gas is discharged from the separated gas recovery port 43. to recover.
そして被分離気体回収弁53を閉じ、混合気体排出弁5
7、混合気体供給弁52、二つ熱拡散対接続弁54.5
6を開き、混合気体供給口42から235UF6−23
8UF6混合気体を供給し、同じ工程を操返す。Then, the separated gas recovery valve 53 is closed, and the mixed gas discharge valve 5
7, mixed gas supply valve 52, two heat diffusion pair connection valves 54.5
6 and open the mixed gas supply port 42 to 235UF6-23.
Supply 8UF6 mixed gas and repeat the same process.
””UF6が濃縮された回収気体は、次の同様の装置に
原料気体として更に濃縮されるか′、これは、第4図に
示したクルジウス型分離塔による同位体分離と同様であ
る。The recovered gas enriched with UF6 is further concentrated as a raw material gas in the next similar device, which is similar to the isotope separation using the Crusius separation column shown in FIG.
そして、前述したようにウラン235の2.5%濃縮の
ためには約1200基の熱拡散対基体を直列に連結する
必要があるが、第10図に示す6基を直列に接続した熱
拡散対基体35が200枚程度直列に連結される。As mentioned above, in order to enrich uranium-235 by 2.5%, it is necessary to connect approximately 1,200 thermal diffusion pair substrates in series. Approximately 200 pairs of substrates 35 are connected in series.
この場合第4図に示したクルジウス型分離塔による同位
体分離と同様にカスケード接続して、濃縮率が低い段階
は、多くの装置を並列接続してやってもよいのはもちろ
んである。In this case, it is of course possible to use a cascade connection similar to the isotope separation using the Crusius type separation column shown in FIG. 4, and to connect many devices in parallel at the stage where the concentration ratio is low.
処理能力については、前述したように温度勾配を50度
、多孔性物質の厚さQ、5mm、断面積10cm2とし
て、約1200基の熱拡散対を直列に接続した場合には
、2.5%程度に濃縮されたUFsを標準状態で約15
m1./面n得ることができる。Regarding the processing capacity, as mentioned above, when the temperature gradient is 50 degrees, the thickness Q of the porous material is 5 mm, and the cross-sectional area is 10 cm2, and approximately 1200 heat diffusion pairs are connected in series, the processing capacity is 2.5%. Approximately 15% of UFs concentrated to
m1. / face n can be obtained.
また熱拡散対何のエネルギー消費について述べると、多
孔性物質による熱損失を計算するにあたり、多孔性物質
の熱伝導率を0.02Kcal 7m、hr、deg。Also, regarding heat diffusion versus energy consumption, when calculating heat loss through porous materials, the thermal conductivity of the porous material is 0.02Kcal 7m, hr, deg.
として、多孔性物質の厚さQ、5mm、断面積IQcm
’、温度勾配50度であるとすると、1基の熱拡散対に
ついて〜33cal/min、 1200基で〜40K
cal /minとなる。As, the thickness Q of the porous material is 5 mm, and the cross-sectional area IQ cm
', assuming a temperature gradient of 50 degrees, ~33 cal/min for one heat diffusion pair, ~40K for 1200 pairs
cal/min.
すなわち、核燃料として用いることができる2、5%程
度に濃縮されたUF6を標準状態で約15m1/min
得るために約40Kcal /minの熱量が必要とな
る。In other words, UF6 enriched to about 2.5%, which can be used as nuclear fuel, is pumped at about 15 m1/min under standard conditions.
Approximately 40 Kcal/min of heat is required to obtain this.
前述のクルジウス型分離塔による結果では、1.3倍の
濃縮に対して〜50 g / dayの気体(UF6)
が得られ27Kcal / secの熱量消費が報告さ
れている。The results from the aforementioned Crusius-type separation column show that ~50 g/day of gas (UF6) for 1.3 times concentration.
It has been reported that a heat consumption of 27 Kcal/sec was obtained.
これは標準状態にして〜2.2ml/minで0,9%
程度に濃縮されたUF6を得、それに対して約1600
Kcalの熱量を消費する事に対応するが本発明の2.
5%、15m1/ruinに換算すると、〜30000
Kcal /1rjnとなる。This is 0.9% at ~2.2ml/min under standard conditions.
obtained UF6 concentrated to a degree of
2. of the present invention corresponds to consuming the amount of heat of Kcal.
5%, converted to 15m1/ruin, ~30000
It becomes Kcal/1rjn.
すなわち同じ濃縮条件下において、本発明に係るウラン
濃縮は、クルジウス型分離塔のエネルギー消費量よりも
、遥かに少ないエネルギー消費量でよいこととなる。That is, under the same enrichment conditions, the uranium enrichment according to the present invention requires far less energy consumption than that of a Crusius separation column.
UF6系以外の混合気体の分離の例としては、例えば燃
焼効率を上げる等のために、本発明に係る熱拡散対何を
使用して空気中の酸素を富化させた酸素富化空気を得る
ことができる。An example of separation of a gas mixture other than UF6 is to obtain oxygen-enriched air by enriching the oxygen in the air using the heat diffusion pair according to the present invention in order to increase combustion efficiency, etc. be able to.
ここでN2 02系(空気)について熱拡散対何の概算
を行う。Here, we will roughly estimate the thermal diffusion versus N202 system (air).
N2−0□系(空気)は常温近傍でα−−0,02であ
るから、空気中に含まれる約20%の酸素を2倍の約4
0%にする場合には、高温側と低温側の温度差を25度
、常温T=300に近傍で熱拡散対何による分離を行う
とすると、(1)式において、成分aをN2、成分すを
02にとりΔxb / xb =0.0013を得る。Since the N2-0□ system (air) is α-0.02 near room temperature, approximately 20% of the oxygen contained in the air is doubled, about 4
In the case of setting it to 0%, the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side is 25 degrees, and if the separation is performed by thermal diffusion in the vicinity of room temperature T = 300, in equation (1), component a is N2, component 02 to obtain Δxb/xb =0.0013.
熱拡散対基体−基の濃縮率(酸素富化率)をに=1.o
o13とすると2倍の富化を得るためには、(1,00
13)534=〜2であるから500基余りの熱拡散対
基体を直列に接続すればよい。Thermal diffusion versus substrate-group enrichment rate (oxygen enrichment rate) = 1. o
o13, in order to obtain double enrichment, (1,00
13) Since 534=~2, it is sufficient to connect more than 500 heat diffusion pair substrates in series.
また流量としては、UF6系の場合と同様の仮定をする
と、2倍に酸素富化された空気〜7.5ml/njn
(標準状態)を得る。Assuming the same assumption as in the case of the UF6 system, the flow rate is approximately 7.5 ml/njn of air enriched with twice as much oxygen.
(standard state).
この場合の分離装置としては、第9図に示す平型熱拡散
対何31、第10図に示す管状熱拡散対何61及び第1
1図に示す平型熱拡散対何板35をUF6系の場合と同
様に用いることができる。The separation devices in this case include the flat heat diffusion pair 31 shown in FIG. 9, the tubular heat diffusion pair 61 and 1 shown in FIG.
The flat heat diffusion pair plate 35 shown in FIG. 1 can be used in the same way as in the case of the UF6 system.
空気にはUF6のような侵蝕性がないので、外形に用い
る材質、拡散媒体として使用する多孔性物質は、UF。Since air is not corrosive like UF6, the material used for the outer shape and the porous material used as the diffusion medium are UF.
の場合に用いた以外に種々のものが使用できる。Various types can be used in addition to those used in the case of .
具体的には、気体の平均自由行程は常圧近傍で02゜N
2ともに700八〜SOO人で゛あり、UFeの場合の
ガ゛ス拡散法の隔膜以外にシリカゲル、バイコールガラ
ス(コーニング社製)等がある(多孔材料、近藤連−編
、枝報堂、昭和48年9月5日発行);(中根良平、化
学工学、第34巻、第4号、(1970))。Specifically, the mean free path of gas is 02°N near normal pressure.
Both of them are 7008 ~ SOO, and in addition to the diaphragm of the gas diffusion method in the case of UFe, there are silica gel, Vycor glass (manufactured by Corning), etc. (Porous materials, edited by Ren Kondo, Shihodo, Showa (Published September 5, 1948); (Ryohei Nakane, Chemical Engineering, Vol. 34, No. 4, (1970)).
また熱源については、常温近傍では、N2.02ともに
臨界点を越えているので、UF6の場合のような制限が
なく、例えば、低温部には20℃の常温水を用いるか、
大気中への放冷とし、高温部には製鉄所等の工場廃温水
や太陽熱等の低質なエネルギーを利用、資源化すれば運
転費は無料もしくは極廉価にすることができる。Regarding the heat source, since both N2.02 and N2.02 exceed the critical point near normal temperature, there are no restrictions like in the case of UF6. For example, use 20°C room temperature water in the low temperature section,
If the cooling is released into the atmosphere and the high-temperature parts are recycled using low-quality energy such as waste hot water from factories such as steel mills or solar heat, operating costs can be made free or extremely low.
以上のように本発明の熱拡散対による混合気体の分離装
置は、熱拡散対の作用には全く機械的設備を必要としな
いため安定性、耐久性は非常に高く、装置及び操作は簡
便であり、熱拡散対の特性を生かした同位体分離等の特
殊分離にも適用可能である。As described above, the mixed gas separation device using the heat diffusion couple of the present invention has very high stability and durability since no mechanical equipment is required for the action of the heat diffusion couple, and the device and operation are simple. It can also be applied to special separations such as isotope separation that takes advantage of the characteristics of thermal diffusion couples.
また、熱拡散対の連結数を増加させてやれば通常の場合
数十度の温度差でも混合気体の分離を有効に行うことが
でき工場廃熱、地熱、海水の温度差、太陽熱といった低
質なエネルギーの利用を可能とし、運転費を安く抑える
ことができる。In addition, by increasing the number of connected heat diffusion pairs, it is possible to effectively separate mixed gases even with a temperature difference of several tens of degrees. It enables the use of energy and keeps operating costs low.
第1図〜第4図は従来例であるクルジウス型分離塔を示
す図であり、第1図はクルジウス型分離塔の概念図、第
2図は同じくクルジウス型分離塔の断面図、第3図は同
じくクルジウス型分離塔の作用を説明する模式図、第4
図はクルジウス型分離塔による同位体分離装置の全体図
、第5図〜第12図は本発明を示す図であり、第5図は
本発明に係る熱拡散対基体の模式的原理図、第6図は同
じく本発明に係る二基の熱拡散対基体を直列に連結した
熱拡散対何による効果の重畳を説明する模式的原理図、
第7図は同じく本発明に係る熱拡散対基体を多数連結し
た熱拡散対何の一部分を示す図、第8図は同じく本発明
に係る熱拡散対に被作用系R,Sを接続させた状態を示
す図、第9図は同じく本発明に係る平型熱拡散対何の側
断面図、第10図は同じく本発明に係る管状熱拡散対何
の断面図、第11図は同じく本発明に係る平型熱拡散対
何板の平断面図、第12図は同じく本発明に係る一実施
例を示す概念図。
1、11.21・・・・・・熱拡散対基体、M、 M、
、 M2・・・・・・通常の気相系(Bulk相)、N
、N1.N2・・・・・・拡散媒体として多孔性物質を
使用した系、7.17゜27・・・・・・多孔性物質、
8.18.28.48・・・・・・高温部、9、9’、
19.29.29’、 49・・・・・・低温部、R
,S・・・・・・被作用系、31・・・・・・平型熱拡
散対何、35・・・・・・平型熱拡散対何板、61・・
・・・・管状熱拡散対何、100・・・・・・クルジウ
ス型分離塔。Figures 1 to 4 are diagrams showing a conventional Crusius type separation column. Figure 1 is a conceptual diagram of the Crusius type separation column, Figure 2 is a cross-sectional view of the Crusius type separation column, and Figure 3 is a cross-sectional view of the Crusius type separation column. is also a schematic diagram explaining the action of the Crusius type separation column, No. 4
The figure is an overall view of an isotope separation device using a Crusius type separation column, Figures 5 to 12 are diagrams showing the present invention, and Figure 5 is a schematic principle diagram of the thermal diffusion pair substrate according to the present invention. Figure 6 is a schematic principle diagram illustrating the superposition of the effects of two heat diffusion pairs connected in series according to the present invention;
FIG. 7 is a diagram showing a part of a heat diffusion pair in which a large number of heat diffusion pairs according to the present invention are connected, and FIG. 8 is a diagram showing a part of a heat diffusion pair according to the present invention connected to affected systems R and S. 9 is a side cross-sectional view of a flat heat diffusion pair according to the present invention, FIG. 10 is a cross-sectional view of a tubular heat diffusion pair according to the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view of a tubular heat diffusion pair according to the present invention. FIG. 12 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention. 1, 11.21... Heat diffusion versus substrate, M, M,
, M2... Normal gas phase system (Bulk phase), N
, N1. N2...System using porous material as a diffusion medium, 7.17°27...Porous material,
8.18.28.48...High temperature section, 9, 9',
19.29.29', 49...low temperature section, R
, S... Acted system, 31... Flat heat diffusion pair, 35... Flat heat diffusion pair, how many plates, 61...
...Tubular heat diffusion vs. 100...Crusius type separation column.
Claims (1)
つの物質系M、Nを構成し、これらの物質系M、=Nの
うち少なくとも一方に拡散気体分子の平均自由行程の近
傍又はそれ以下の細孔径で連通された細孔を有する多孔
性物質を使用し、二つの。 物質系M、 Nが接触する一端を高温とするとともに他
端を低温として熱拡散対基体を構成したことを特徴とす
る熱拡散対による混合気体の分離装置。 2 拡散気体分子が互いに交換可能として接触された二
つの物質系M、Nを構成し、これらの物質系M、 Nの
うち少なくとも一方に拡散気体分子の平均自由行程の近
傍又はそれ以下の細孔径で連通された細孔を有する多孔
性物質を使用し、二つの物質系M、 Nが接触する一端
を高温とするとともに他端を低温とする熱拡散対基体を
多数連結した熱拡散対列による混合気体の分離装置。[Scope of Claims] 1 Two material systems M and N are formed in which diffused gas molecules are in contact with each other in an exchangeable manner, and at least one of these material systems M,=N has a mean free path of the diffused gas molecules. Using a porous material with pores connected to each other with pore diameters of nearby or smaller size, two pores are used. 1. A device for separating a mixed gas using a heat diffusion pair, characterized in that a heat diffusion pair base is constructed by having one end where the material systems M and N come in contact with each other at a high temperature and the other end at a low temperature. 2 Construct two material systems M and N in which diffused gas molecules are in contact with each other in an exchangeable manner, and at least one of these material systems M and N has a pore diameter near or smaller than the mean free path of the diffused gas molecules. Using a porous material with pores that are connected by Mixed gas separation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49041068A JPS5948135B2 (en) | 1974-04-15 | 1974-04-15 | Mixed gas separation device using thermal diffusion couple |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49041068A JPS5948135B2 (en) | 1974-04-15 | 1974-04-15 | Mixed gas separation device using thermal diffusion couple |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16193383A Division JPS59130519A (en) | 1983-09-05 | 1983-09-05 | Device for transporting and compressing gas by using porous material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS50133981A JPS50133981A (en) | 1975-10-23 |
| JPS5948135B2 true JPS5948135B2 (en) | 1984-11-24 |
Family
ID=12598111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49041068A Expired JPS5948135B2 (en) | 1974-04-15 | 1974-04-15 | Mixed gas separation device using thermal diffusion couple |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5948135B2 (en) |
-
1974
- 1974-04-15 JP JP49041068A patent/JPS5948135B2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHEMICAL AND PROCESS ENGINEERING=1969 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS50133981A (en) | 1975-10-23 |
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