Пориста перегородка

Реферат: Пориста перегородка містить металокерамічну мембрану-фільтр плоскої або трубчастої форми пористістю з ультратонкими отворами, виконану зі спечених часток нікелю. Як частки нікелю використовують волокна. UA 99114 U (54) ПОРИСТА ПЕРЕГОРОДКА UA 99114 U UA 99114 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області розділення газових сумішей, зокрема різних ізотопів одного і того ж хімічного елемента, і може бути використана в ядерній техніці для збагачення урану. Відомий композиційний матеріал для розділення газів (плівкового типу, який отримують шляхом травлення спочатку непористої фольги) (див. патент РФ № 2347604, МПК B01D 53/22, 71/02, опубл. 2009), що містить шар пористого субстрату з пористістю не менше 30 % та нанесений на нього селективний шар з фольги із спіненого графіту. Такий фільтраційний пристрій має низькі ефективність та міцність. Відомий також пористий фільтр агрегатного типу (металокерамічний, який отримують шляхом спікання або дифузійного зварювання), для збагачення урану (див. книгу Обогащение урана / Под ред. С. Виллани: Пер. с англ. под ред. И.К. Кикоина. - М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 53), що містить металокерамічний фільтр із спеченого порошку нікелю. Цей фільтр має більшу міцність, але одночасно характеризується значною неоднорідністю внаслідок утворенню згустків порошку під час спікання, що приводить до локального збільшення розмірів пор, а, відповідно, до погіршення якості фільтрації, тобто до невисокого рівня ефективності. В таких фільтрах можуть з'являтися тріщини поміж частками порошку. Внаслідок неповного видалення зв'язуючого матеріалу, що звичайно застосовується в процесі виготовлення порошкових металокерамічних матеріалів під час спікання, при функціонуванні фільтра може розпочатися корозійний процес, кінцевим результатом розвитку якого є зменшення ресурсу роботи. Найближчим аналогом є пориста перегородка (див. книгу Н.М. Синев. Экономика ядерной энергетики. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 265, 266), що містить металокерамічну мембрануфільтр плоскої або трубчастої форми пористістю П з ультратонкими отворами, середній діаметр dcp яких змінюється в діапазоні від 0,01 мкм до 0,02 мкм, виконану зі спечених часток нікелю. Як спечені частки нікелю використовують порошок нікелю. Ця пориста перегородка також належить до пористих фільтрів агрегатного типу. Недоліком найближчого аналога є те, що дана пориста перегородка характеризується суттєвою неоднорідністю пористого простору, частина пор якого є закритими (тупиковими), що є характерним для порошкових пористих матеріалів та знижує ефективність фільтрації робочого газу (гексафториду урану UF6 при застосуванні цієї перегородки для збагачення урану). Ця пориста перегородка має невисокий рівень міцності, є крихкою, що може зменшити тривалість її роботи. Матеріал пористої перегородки може кородувати внаслідок неповного видалення зв'язуючого матеріалу під час спікання, що зменшує ресурс її роботи. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пористої перегородки, в якій нова будова мембрани-фільтра дозволить забезпечити підвищення ефективності функціонування, міцності, тривалості роботи при зменшенні матеріалоємності. Поставлена задача вирішується тим, що пориста перегородка, що містить металокерамічну мембрану-фільтр плоскої або трубчастої форми пористістю П з ультратонкими отворами, середній діаметр dcp яких змінюється в діапазоні від 0,01 мкм до 0,02 мкм, виконану зі спечених часток нікелю, згідно з корисною моделлю, як частки нікелю використовують волокна із відношенням розмірів lв/dв>1, де довжина lв і діаметр dв волокон змінюються в межах від 2 мкм до 1000 мкм та від 2 мкм до 10 мкм відповідно, причому взаємозв'язок між відношенням розмірів волокон lв/dв та пористістю П, яка змінюється в межах від 1 % до 5 %, визначено залежностями -0,591 3,391 lв/dв=2,067·П (для dcp=0,01 мкм) та lв/dв=446,01·П (для dcp=0,02 мкм). Використання як спечених часток нікелю волокон із відношенням розмірів lв/dв>1, де довжина lв і діаметр dв волокон змінюються в межах від 2 мкм до 1000 мкм та від 2 мкм до 10 мкм відповідно, причому взаємозв'язок між відношенням розмірів волокон lв/dв та пористістю П, -0,591 яка змінюється в межах від 1 % до 5 %, визначено залежностями lв/dв=2,067·П (для dcp=0,01 -3,391 мкм) та lв/dв=446,01·П (для dcp=0,02 мкм) дозволяє отримати міцний пластичний капілярнопористий матеріал (визначається властивостями металоволокнистих капілярно-пористих структур, див., наприклад, книгу А.Г. Косторнов. Проницаемые металлические волокновые материалы. - К.: Техніка, 1983. - С. 92, 93, рис. 49, в), що дає змогу зменшити товщину пористої перегородки при збереженні формостійкості при підвищеному тискові, а це приводить до зменшення матеріалоємності перегородки; з невеликим (соті долі мікрона) розмахом розмірів пор (різниця між максимальним та мінімальним розмірами пор) при низькій пористості (1-5 %), що дозволяє отримати високу ефективність фільтрування. При виготовленні цієї металокерамічної мембрани-фільтра не застосовуються зв'язуючі матеріали, що є характерним для технології виготовлення пористих металоволокнистих матеріалів, що дозволяє уникнути корозійного процесу при функціонуванні пористої перегородки та збільшити ресурс її роботи. Суть корисної моделі та принцип дії пористої перегородки пояснюється кресленням. На кресленні зображено пористу перегородку - вигляд зверху. 1 UA 99114 U 5 10 15 Пориста перегородка містить металокерамічну мембрану-фільтр плоскої форми, виконану зі спечених волокон. Пориста перегородка працює наступним чином. В простір, обмежений пористою перегородкою, під тиском подається газ, що підлягає розділенню на ізотопи, наприклад гексафторид урану UF6. Рухаючись вздовж пористої перегородки, яка може бути трубчастої або плоскої форми, молекули гексафториду урану, що 235 містять U та будучи трохи легшими, почнуть рухатись через пористу перегородку з дещо 238 більш високим ступенем розділення в порівнянні з молекулами UF6, які містять атоми U . 235 Внаслідок того, що різниця в масах, а відповідно і в швидкостях молекул UF6, що містять U та 238 U незначна, то для збагачення великих об'ємів урану потрібно мати значну кількість ступенів збагачення. Відповідно для побудови промислової газодифузійної установки потрібно велику кількість пористих перегородок скомпонувати в каскади, які дозволять на кожному із ступенів прирощувати збагачення, отримане на попередніх ступенях, а також більш ефективно 235 використовувати збіднений по U урановий потік. Пропонована пориста перегородка може вироблятись у великих кількостях з використанням дифузійного зварювання у вакуумі (спікання) з отриманням повторюваних заданих характеристик мембрани-фільтра. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Пориста перегородка, що містить металокерамічну мембрану-фільтр плоскої або трубчастої форми пористістю П з ультратонкими отворами, середній діаметр dcp яких змінюється в діапазоні від 0,01 мкм до 0,02 мкм, виконану зі спечених часток нікелю, яка відрізняється тим, що як частки нікелю використовують волокна із відношенням розмірів lв/dв>1, де довжина 1в і діаметр dв волокон змінюються в межах від 2 мкм до 1000 мкм та від 2 мкм до 10 мкм відповідно, при цьому взаємозв'язок між відношенням розмірів волокон lв/dв та пористістю П, яка -0,591 змінюється в межах від 1 % до 5 %, визначено залежностями lв/dв=2,067-·П (для dcp=0,01 -3,391 мкм) та lв/dв=446,01·П (для dcp=0,02 мкм). 2 UA 99114 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3