DE2413990A1 - DEVICE FOR SEPARATING FLUID MEDIA - Google Patents
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Description
THOMSOIT - CSP
175, Bd. Haussmann
PARIS /Frankreich.THOMSOIT - CSP
175, vol. Haussmann
PARIS / France .
Unser Zeichen: T 1540Our reference: T 1540
Vorrichtung zur Trennung fluider MedienDevice for separating fluid media
Es ist "bekannt, zur Trennung der Besta-ndteile eines
fluiden Gemischs mit ähnlichen Molekular- oder Atommassen poröse Wände zu verwenden und das Gemisch diese
Wände durchqueren zu lassen.It is "known to separate the components of a
fluid mixture with similar molecular or atomic masses to use porous walls and the mixture these
To cross walls.
Dio Stoffe mit der geringsten Masse durchqueren diese
Wände leichter und man erhält infolgedessen einen Trenneffekt, d.h. ein an einem der Bestandteile angereichertes
G-emisch; bekanntlich "besitzen diese auf diesem Prinzip
beruhenden Vorrichtungen eine durch die Art des
angewendeten Phänomens selbst bedingte beschränkte Wirksamkeit, die wesentlich unter dem theoretisch vorhersehbaren
Wert liegt, und zwar infolge von Febenvorgangen.The fabrics with the lowest mass traverse this
Walls lighter and a separation effect is obtained as a result, ie a mixture enriched in one of the constituents; as is known, "these devices based on this principle have a by the nature of the
Applied phenomenon itself limited effectiveness, which is significantly below the theoretically foreseeable value, due to Feben processes.
Dr.Ha/GlDr. Ha / Gl
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung der Bestandteile eines fluiden Gemischs, wobei diese . Nebenerscheinungen nicht auftreten und deren Wirkungsgrad daher dem theoretischen Wert wesentlich näher kommt.The invention relates to a device for separating the components of a fluid mixture, this being. Side effects do not occur and their efficiency is therefore much closer to the theoretical value comes.
Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung kennzeichnet sich im wesentlichen durch die Verwendung von nicht-porösen dünnen Schichten, welche den folgenden Bedingungen genügen: The separating device according to the invention is essentially characterized by the use of non-porous thin layers that meet the following conditions:
a) Sie sind chemisch und physikalisch gegenüber den zu trennenden Elementen stabil;a) They are chemically and physically stable to the elements to be separated;
b) sie besitzen ein amorphes Gefüge;b) they have an amorphous structure;
c) sie besitzen eine zellförmige Struktur in der Größenordnung von interatomaren Abständen, wobei diese Struktur in homogener und isotroper V/eise im Innern der Schicht vorhanden ist;c) they have a cellular structure in the order of magnitude of interatomic distances, this structure being in a homogeneous and isotropic manner inside the layer is present;
d) sie ermöglichen den Transport der zu trennenden Bestandteile durch aufeinanderfolgende Sprünge von Zelle zu Zelle, wobei diese Sprünge den Diffusions— oder Wanderungsgesetzen gehorchen, ohne daß zwischen den beweglichen Bestandteilen und dem Gitter eine chemische Bindung eingegangen wird;d) They enable the components to be separated to be transported by successive jumps from cell to cell, these jumps denoting diffusion or Obey laws of migration without any chemical between the moving parts and the lattice Bond is entered into;
e) sie verdanken ihre Zellstruktur der Einverleibung von Elementarteilchen oder Komplexen in die Schicht.e) they owe their cell structure to the incorporation of elementary particles or complexes into the layer.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung bilden diese Teilchen Modifizierungsmittel des Gitters.Form in a first embodiment of the invention these particles modify the lattice.
Bei einer zweiten Ausführungsform dehnen diese Teilchen das Gitter.In a second embodiment, these particles stretch the lattice.
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Im folgenden wird jedes Element, das nicht chemisch an das Gitter gebunden ist und durch Eintritt in die Gitterzwischenräume' durch seine Anwesenheit dessen Maschen dehnt, als G-itterdehner bezeichnet.The following is every element that is not chemical is bound to the grid and by entering the interstices' by its presence Stretches meshes, known as mesh stretchers.
Jede Verbindung, die, an die Gittermatrix gebunden, örtlich die atomare Anordnung des Gitters stört, wird als Gittermodifizierungsmittel bezeichnet.Any compound that, bound to the lattice matrix, locally disrupts the atomic arrangement of the lattice, will referred to as a lattice modifier.
Die Durchlässigkeit socher dünner Schichten für die zu trennenden Elemente hängt von dem topologischen Aufbau dieser Schichten und somit von ihrem Gehalt an störenden Elementen (Dehner oder Modifizierungsmittel) sowie von der Art dieser Elemente ab.The permeability of such thin layers for the elements to be separated depends on the topological Structure of these layers and thus of their content of interfering elements (stretchers or modifiers) as well as the nature of these elements.
Gemäß der Erfindung nutzt man diese Eigenschaft aus, um die Selektivität der Trennung auf die Art der zu trennenden Stoffe einzustellen.According to the invention, this property is used to increase the selectivity of the separation on the type of discontinuing separating substances.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following description in conjunction with the drawing.
In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:
Pig. 1 den S3h.ematisch.en atomaren Aufbau einer dünnen Schicht mit Gitterdehnung;Pig. 1 the S3h.ematic.en atomic structure of a thin Layer with lattice expansion;
. 2, 3 und 4 ein Verfahren zur Herstellung der Schicht von Pig. 1;. 2, 3 and 4 show a method for producing the layer by Pig. 1;
Pig. 5 die Struktur einer Schicht nach Einbringung von Elementarteilchen vom Typ eines Gittermodifizierungsmittels; Pig. 5 shows the structure of a layer after the introduction of elementary particles of the type of a lattice modifying agent;
Pig. 6 eine Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung, mit wel cher die Schicht von Pig. 5 herstellbar ist undPig. 6 a device for cathode sputtering, with wel cher the shift of Pig. 5 can be produced and
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Pig. 7 eine Schnittansicht einer beispielsweisen Trennvorrichtung für fluide Medien gemäß der Erfindung.Pig. 7 shows a sectional view of an exemplary separating device for fluid media according to the invention.
Pig. 1 zeigt beispielsweise die Struktur einer Aluminiumoxidschicht, die durch Einführung eines Premdstoffs glasartig gemacht wurde, welcher die Entstehung von regelmäßigen Maschen infolge seines Eindringens in das Gitter verhindert. Im vorliegenden Pail handelt es sich dabei um Argonatome.Pig. 1 shows, for example, the structure of an aluminum oxide layer, which was made glass-like by the introduction of a Premdstoffs, which the emergence of regular Meshes as a result of its penetration into the grid prevented. In the present Pail, these are argon atoms.
Das Alurainiumion besitzt drei Bindungen zu jeweils einem von drei Sauerstoffionen. Durch die Einführung von Argon wird örtlich bei R die kompakte Gitterstruktur gestört.The alurainium ion has three bonds to one of three oxygen ions. By introducing argon the compact lattice structure is disturbed locally at R.
Die übrigen Bindungen organisieren sich unregelmäßig und bilden Maschen, in welche die Argonteilchen eintreten.The other bonds organize themselves irregularly and form meshes into which the argon particles enter.
Die Schicht' ist etwa 1000 Angström dick.The layer is about 1000 angstroms thick.
Wenn ein Konzentrationsunterschied an Argon zwischen den beiden Medien besteht, in welche die beiden Wände der Schicht eintauchen, so erfolgt ein Transport von Argonteilchen durch Sprünge von einer Masche zur andern; dieser Transport gehorcht den Gesetzen der Wärmediffusion und erfolgt aus dem konzentrierteren Medium in Richtung auf das weniger konzentrierte Medium. Wenn auf der in dem Medium mit höherem Druck befindlichen Seite ein Gemisch aus zwei Gasen A und B mit verschiedenen Atommassen vorgesehen wird, treten die Elementarteilchen dieser Gase in die Maschen des Gitters an den von Argonatomen freigelassenen Stellen ein. Ihre Transportgeschwindigkeit hängt von ihren jeweiligen Atommassen ab. Auf der Rückseite der Schicht erhält man dann nach einer Zeit T ein an dem Material mit der geringeren Atommasse angereichertes Gemisch. Man besitzt somit die Grundlagen fürWhen there is a difference in the concentration of argon between the two media into which the two walls enter immersing the layer, argon particles are transported by jumping from one mesh to the other; this transport obeys the laws of heat diffusion and takes place out of the more concentrated medium in the direction on the less concentrated medium. If there is a mixture on the side in the medium with higher pressure is provided from two gases A and B with different atomic masses, the elementary particles of these gases occur into the mesh of the lattice in the places exposed by argon atoms. Your transport speed depends on their respective atomic masses. After a time T a is then obtained on the back of the layer mixture enriched in the material with the lower atomic mass. So you have the basics for
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ein Isotopentrennsystem eines Gases, in welchem die Trennung ausschließlich, auf einem Transport infolge kurzer Sprünge besteht und nicht auf der Durchquerung von mikroskopischen Poren einer dünnen Wand, wie "bei den bekannten Vorrichtungen. Bei diesen Vorrichtungen erfolgt im Hittelteil der Trennwand keine Auftrennung der ein Gemisch bildenden Stoffe» weshalb der Wirkungsgrad sohlechter ist als der theoretische.an isotope separation system of a gas in which the separation is solely due to a transport consists of short jumps and not the crossing of microscopic pores of a thin wall, like "bei the known devices. With these devices there is no separation in the middle part of the partition of the substances forming a mixture »which is why the efficiency is lower than the theoretical one.
Die folgenden Figuren erläutern Verfahrensstufen einer Schicht mit Teilchen vom Typ der "Gitterdehner". In einem Behälter 100 (Pig. 2) zur reaktiven Kathodenzerstäubung wird auf einer an Masse gelegte Anode 101 das Substrat 102 angeordnet, auf welchem die Schicht abgeschieden werden soll. Dieses Substrat 102 besteht beispielsweise aus Silicium. Seine Dicke liegt beispielsweise in der Größenordnung von 100 Mikron oder mehr. Eine Aluminiumkathode 104 wird am anderen Ende des Behälters angeordnet. Dieser ist mit einem Gemisch aus Argon und Sauerstoff gefüllt. Das Argon besitzt einen Partialdruck von etwa 10 lEorr. Der Sauerstoff besitzt einen Partialdruck von etwa 10 Torr. An die Kathode wird eine Spannung von etwa -1000 bis -5000 Volt angelegt,The following figures explain process steps of a layer with particles of the "lattice extender" type. In a container 100 (Pig. 2) for reactive cathode sputtering is placed on an anode 101 that is connected to ground Substrate 102 arranged on which the layer is to be deposited. This substrate 102 consists, for example made of silicon. Its thickness is, for example, on the order of 100 microns or more. An aluminum cathode 104 is placed at the other end of the container. This one is made with a mixture Argon and oxygen filled. The argon has a partial pressure of about 10 Iorr. Who owns oxygen a partial pressure of about 10 torr. A voltage of around -1000 to -5000 volts is applied to the cathode,
Pig. 3 zeigt, wie sich das Substrat 102 mit einer 1000 Angström dicken Aluminiumoxidschicht 103 bedeckt, in welcher Argonatome eingelagert sind. Diese Schicht ist amorph und hat das in Pig. 1 dargestellte Gefüge.Pig. 3 shows how the substrate 102 is covered with a 1000 Angstrom thick aluminum oxide layer 103, in which argon atoms are embedded. This layer is amorphous and has that in Pig. 1 structure shown.
In der folgenden Stufe (Pig. 4) werden auf beliebige bekannte Weise, z.B. durch Säureangriff durch eine Maske hindurch, mikroskopisch feine Kanäle 105 mit einem Durchmesser von etwa 1 Mikron in dem Substrat erzeugt.In the following stage (Pig. 4) in any known manner, e.g. by acid attack by a Mask through, microscopic channels 105 about 1 micron in diameter in the substrate generated.
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Die folgenden Figuren betreffen Schichten, deren regelmäßige Struktur durch Einführung von sogenannten "Gittermodifizierungsmitteln" gestört wurde.The following figures relate to layers whose regular structure has been achieved by the introduction of so-called "lattice modifiers" was disturbed.
Die in Fig. 5 dargestellte Struktur besitzt eine solche "Grittermodifikation". In die Schicht wurden Magnesiumionen eingebracht. Diese Teilchen besitzen nur zwei mögliche Bindungen mit den Sauerstoffteilchen und sind gegenüber Aluminium neutral. Man erhält somit infolge ihrer Anwesenheit eine Gittermodifikation. Die Zellstruktur ist nicht regelmäßig und die Teilchen des zu trennenden Gemische verhalten sich wie im vorhergehenden Falle, d.h. sie wandern sprungartig von Zelle zu Zelle.The structure shown in Fig. 5 has such a structure "Lattice modification". Magnesium ions were introduced into the layer brought in. These particles have only two possible bonds with the oxygen particles and are opposite Aluminum neutral. A lattice modification is thus obtained as a result of their presence. The cell structure is not regularly and the particles of the mixture to be separated behave as in the previous case, i.e. they move abruptly from cell to cell.
Das Verfahren zur Herstellung einer sdbhen Schicht ist
etwa das gleiche wie im vorhergehenden Fall. Lediglich
die Kathodenzerstäubungsvorrichtung wird abgeändert,
indem die Kathode 104 (Fig. 6) aus einer Legierung von
Magnesium und Aluminium besteht; die jeweiligen Anteile variieren je nach dem gewünschten Ergebnis.The procedure for making a sdbhen layer is
about the same as in the previous case. Only
the sputtering device is modified,
by the cathode 104 (Fig. 6) from an alloy of
Is made up of magnesium and aluminum; the proportions vary depending on the desired result.
Der Sauerstoffdruck liegt in der gleichen Größenordnung wie im vorhergehenden Fall.The oxygen pressure is in the same order of magnitude as in the previous case.
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer
Trennzelle für fluide Medien unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen.Fig. 7 shows a schematic sectional view of a
Separation cell for fluid media using the devices according to the invention.
Sie enthalt zwei koaxiale Hohlzylinder HO und 111.It contains two coaxial hollow cylinders HO and 111.
Der innere Zylinder 110 besitzt ¥ände mit der in Fig. 4 dargestellten Struktur.The inner cylinder 110 has the structure shown in FIG. 4.
Das zu trennende Gemisch tritt in die Zelle durch das
Innere des Zylinders 110 ein. Infolge eines Druckunterschieds von etwa 0,1 Atmosphären zwischen der InnenwandThe mixture to be separated enters the cell through the
Inside of the cylinder 110. Due to a pressure difference of about 0.1 atmospheres between the inner wall
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und der Außenwand des äußeren Zylinders 110 erfolgt die Wanderung.and the outer wall of the outer cylinder 110 migrates.
Die Zirkulationsgeschwindigkeit reicht aus, damit das an einem der Bestandteile angereicherte Gemisch durch den Außenkanal austritt, der durch den Raum zwischen den beiden Zylindern gebildet wird. Solche Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.The circulation speed is sufficient for the mixture enriched in one of the constituents to pass through the outer channel exits, which is formed by the space between the two cylinders. Such devices are known to the person skilled in the art.
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| GB (1) | GB1464393A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5316568A (en) * | 1992-12-15 | 1994-05-31 | Brown Melvin H | Method and apparatus for producing fluid flow |
| US5395425A (en) * | 1992-12-15 | 1995-03-07 | Brown; Melvin H. | Apparatus employing porous diaphragms for producing useful work |
-
1973
- 1973-03-23 FR FR7310562A patent/FR2222122B1/fr not_active Expired
-
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- 1974-03-22 GB GB1299774A patent/GB1464393A/en not_active Expired
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| US5316568A (en) * | 1992-12-15 | 1994-05-31 | Brown Melvin H | Method and apparatus for producing fluid flow |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1464393A (en) | 1977-02-09 |
| FR2222122A1 (en) | 1974-10-18 |
| JPS49127874A (en) | 1974-12-06 |
| FR2222122B1 (en) | 1976-05-21 |
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