DE1544081B1

DE1544081B1 - Gasdiffusionseinsatz und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE1544081B1
Application number: DE19631544081
Authority: DE
Inventors: John Wilbur Jun Hicks
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1962-03-06
Filing date: 1963-02-27
Publication date: 1971-07-29
Also published as: US3294504A; GB1031891A; DE1496568B2; DE1496568A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Diffusions- Vorteilhaft sind die Glasstränge-aus für ultraviolet-

einsatz für eine Gastrennvorrichtung mit einer Viel- tes Licht verschieden stark durchlässigen Glassorten

zahl parallel angeordneter, aneinanderliegender Glas- hergestellt. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben,

röhrchen und ein Verfahren zur Herstellung dieses mit kurzer Belichtung die aus einer Glassorte be-

Diffusionseinsatzes. 5 stehenden Glasstränge zu sensibilisieren und später

Die Erfindung geht von der bekannten Tatsache bei stärkerer Belichtung die anderen Glasstränge zu

aus, daß bestimmte Glasarten für Helium und auch, sensibilisieren.

in geringerem Maße für einige andere Gase, wie Vorteilhaft wird der Diffusionseinsatz so herge-

z. B. Wasserstoff und Xenon, durchlässig sind. Für stellt, daß Glasstränge aus einem leicht zersetzbaren

andere Gase, wie z. B. Sauerstoff, Stickstoff und Luft, ίο Glas mit einem Überzug aus nicht zersetzbarem Glas

sind diese Glassorten überhaupt nicht durchlässig, versehen und dünn ausgezogen werden, daß mehrere

und die verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten dieser überzogenen Glasstränge in paralleler Anord-

der Gase durch die Wände der Glasröhren bieten nung zu einem Bündel zusammengefaßt und danach

eine wirkungsvolle Möglichkeit zur Trennung und die Glasstränge bis auf die Enden zersetzt werden.

Reinigung bestimmter Gase von Trägergasen. 15 Dieses Verfahren erlaubt die einfache und billige

Obwohl beispielsweise Helium durch verschiedene Herstellung des Diffusionseinsatzes gemäß der Er-

Glasarten diffundiert, ist die Durchlaßgeschwindig- findung.

keit von Helium durch Glas äußerst gering. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise

Zur Herstellung von geeigneten Gasdiffusionsvor- und schematisch dargestellt,

richtungen müssen kilometerlange Glasröhren vor- 20 Es zeigt

gesehen und unter hohem Druck und bei hoher Tem- Fi g. 1 einen Schnitt durch eine Gastrennvorrich-

peratur beschickt werden, um nur wenige Kubik- tung mit einem Gasdiffusionseinsatz, bestehend aus

meter Gas pro Tag zu reinigen. Die Diffusionsge- einem Bündel röhrenförmiger Glasfasern als Diffu-

schwindigkeit des Gases ist etwa direkt proportional sionselement, gemäß der Erfindung,

der Gesamtoberfläche und umgekehrt proportional 25 Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Aus-

der Wandstärke. Diese beiden Faktoren stehen in schnittes α in Fig. 1.

einer solchen Wechselbeziehung, daß durch ein Rohr Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Auseiner bestimmten Länge bei verschiedener Rohr- schnittes b in Fig. 1,

stärke dieselbe Gasmenge diffundiert, wenn das Ver- F i g. 4, 5 und 6 Darstellungen der Endversiegelung

hältnis von Wandstärke zur lichten Weite des Rohres 30 der Röhren während ihrer Herstellung,

konstant bleibt. Die Gastrennvorrichtung besitzt eine Kammer

Beispielsweise können in einer Diffusionsvorrich- 120, in der der Diffusionseinsatz angeordnet ist.
tung mit einem Durchmesser von 2,5 cm 10 000 Röh- Die Kammer 120 umschließt mit ihrer Wandung ren von je 0,025 cm Durchmesser angeordnet wer- 128 ein Glasrohrbündel 122, das aus Glasröhren 124 den. Wenn eine solche Vorrichtung mit 200 at Druck 35 und 130 besteht und ein Gaseinlaßende 126 und ein bei 400⁰C betrieben wird, werden 0,15 m³ Helium Gasauslaßende 134 aufweist. Die Glasröhren 124 aus einem Gas mit 1% Heliumgehalt in 24 Stunden haben verschlossene Enden 124' am Gaseinlaßende abgetrennt. Gelingt es dagegen, den Durchmesser 126 der Kammer 120, wie in F i g. 2 dargestellt. Die der Röhren einer solchen Vorrichtung beispielsweise Röhren 130 haben verschlossene Enden 132 am Gasauf 1 Mikron bei entsprechender Verringerung der 40 auslaßende 134 der Kammer 128 (Fig. 3). Tritt ein Wandstärke zu reduzieren, dann liefert eine solche Gas- Gas mit einem geringen Prozentsatz Helium am Eintrennungsvorrichtung von ebenfalls 2,5 cm Durch- laßende 126 in die Trennkammer 120 ein, so strömt messer etwa eine Heliumausbeute, die (10 · 25)²-mal es durch die offenen Enden in die Röhren 130. Das größer ist als die der oben beschriebenen Vorrich- im Gas enthaltene Helium diffundiert durch die tung. 45 Rohrwände in die Röhren 124 und wird aus diesen

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen durch das Auslaßende 134 der Kammer 120 abge-

Diffusionseinsatz mit hoher Packungsdichte der Röh- saugt,

ren zu schaffen. Bei der Herstellung eines solchen Gasdiffusions-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- einsatzes, in dem die Röhren abwechselnd am einen löst, daß benachbarte Röhrchen jeweils am entgegen- 5° oder anderen Ende verschlossen sind, wird ein gesetzten Ende durch darin angeordnete Glasstränge Röhrenfaserbündel durch Ziehen, Stapeln, Ververschlossen sind. Die Röhren liegen hierbei dicht schmelzen und, wenn erforderlich, durch nochmaliges nebeneinander, und dadurch, daß die Röhrchen ab- Ziehen, Stapeln und Verschmelzen hergestellt, so daß wechselnd an den gegenüberliegenden Enden ver- die endgültigen Fasern einen sehr geringen Durchschlossen sind, kann das verunreinigte Helium am 55 messer haben. Der eine Fasertyp hat einen inneren einen Ende des Röhrenbündels in die dort offenen Strang 124' kleinen Durchmessers (Fig. 4), beste-Röhren eingebracht werden, während das gereinigte hend aus einem Glas mit einer bestimmten Ätzge-Helium am anderen Ende des Röhrenbündels durch schwindigkeit. Der andere Typ hat einen inneren die dort offenen Röhren entnommen wird. Die Dif- Strang 132, bestehend aus einem Glas, das weniger fusion findet dabei durch die Glaswände von jeweils 60 schnell geätzt wird. Die Umhüllungen 124 und 130 einem Röhrchen in das benachbarte Röhrchen, das der Glasstränge werden überhaupt nicht von der Ätzam anderen Ende offen ist, statt. flüssigkeit angegriffen.

Vorteilhaft sind die Glasstränge aus lichtempfind- Die Fasern mit dem inneren Strang 124' können

lichem Glas hergestellt. Diese Glasstränge können zwischen denen mit dem inneren Strang 132 beliebig

dann durch Belichtung sensibilisiert und aus den 65 oder nach einem bestimmten geometrischen Muster

Glasröhren herausgeätzt werden. Durch selektive angeordnet sein.

Belichtung einzelner Röhren kann erreicht werden, Ein für den Strang 132 geeignetes Glas besteht bei-

daß nur diese geätzt werden. spielsweise aus:

Claims

3 4

SiO₂ 12% Gewicht Die Schicht wird entwickelt und an den Strängen

Al₂O₃ 3 % Gewicht 132' entfernt. Darauf wird das Bündel erhitzt bis zu

Bat) 48 % Gewicht einer Temperatur, bei der sich das lichtempfindliche

B₂O₃ 17% Gewicht Glas umwandelt und so die mit ultraviolettem Licht

La₂O₈ 20% Gewicht 5 belichteten Stränge 124" entglast werden. Die

Eine geeignete Glassorte für den Strang 124' be- Stränge 124" werden dann vom anderen Ende her

steht beispielsweise aus: ^{fast bis Ζ1}™ Ende 123 weggeätzt.

10% Gewicht ^^as ^^ün^ wird darauf wiederum einer Bestrah-

³ 5go/_o Gewicht *^un§ ^m^ ultraviolettem Licht ausgesetzt, das aber

³ 40 O^ Gewicht ¹⁰ dieses Mal so stark ist, daß es auch die relativ undurchsichtigen Stränge 132' belichtet. Das Bündel Ein Ende des so erhaltenen Bündels aus glasüber- wird daraufhin erhitzt, wodurch die Stränge 132' entzogenen Strängen wird in verdünnter Salpetersäure glast werden.

geätzt, bis die schneller ätzbaren Glasstränge 124' bis Dann wird das Bündel vom Ende 123 her geätzt, zu einer Tiefe von beispielsweise einigen hundertstel 15 bis die Stränge 132' fast ganz bis zum anderen Ende Millimetern weggeätzt sind. Das geätzte Ende des weggeätzt sind. Auf diese Weise ist wieder ein EinBündels wird daraufhin mit einem säurefesten Mate- satz 122 für eine Gastrennvorrichtung nach Fig. 4 rial, wie z.B. Bienenwachs (125 in Fig. 4), ausge- geschaffen.

füllt. Darauf wird das Ende bis zur LinieX geschlif- Fig. 6 zeigt ein weiteres Verfahren zur Hersteifen und poliert, so daß die schwerer ätzbaren Glas- 20 lung eines Einsatzes 122, wobei die lichtempfindstränge 132 freigelegt sind. liehen Glasstränge 124" und 132' ohne die lichtun-

Die Glasstränge 132 werden dann im wesentlichen durchlässige Schicht benutzt werden,

über ihre Länge geätzt und dann die schneller ätz- Das Bündel wird mit ultraviolettem Licht belich-

baren Glasstränge 124' vom anderen Ende des Bün- tet, dessen Stärke aber nur ausreicht, um die Stränge

dels her mit verdünnter Salpetersäure geätzt. Das as 124" zu belichten, die danach entglast und in Rich-

Ätzen der Stränge 124' wird so lange fortgesetzt, bis tung des Pfeiles B geätzt werden, bis nur noch ein

nur noch die Enden in den Röhren 124 zurückblei- Stück am Ende 129 übrigbleibt. Das Ende 129 wird

ben (s. Fig. 2), die als Verschlußstopfen dienen. daraufhin leicht angeätzt, wie in Fig. 6 dargestellt.

Durch das Ätzen der Stränge 124' werden ebenfalls Dann wird die ganze Anordnung ultraviolettem Licht

die Stränge 132 geätzt. Das Verfahren ist aber nur 30 einer stärkeren Intensität ausgesetzt, so daß auch

dann wirksam, wenn die Stränge 124' wesentlich die relativ undurchsichtigen Stränge 132' belichtet

schneller geätzt werden als die Stränge 132. Verläuft werden. Dann wird das Bündel erhitzt, um die

das Ätzen beider Stränge 132 und 124' etwa gleich Stränge 132' zu entglasen.

schnell, so wird, nachdem die Stränge 132 im wesent- Eine säurefeste Substanz, beispielsweise Wachs,

liehen über ihre ganze Länge weggeätzt wurden, die 35 wird auf das Ende 129 des Bündels aufgetragen und

andere Stirnseite des Bündels bis zu einer Tiefe von füllt die Löcher 131 über den leicht angeätzten

einigen hundertstel Millimetern geätzt, und diese Strangresten 124".

Oberfläche mit Bienenwachs ausgefüllt und geschlif- Die entglasten Stränge 132' werden daraufhin vom fen, bis die Stränge 132 freigelegt sind. Ende 129 her fast ganz bis zum Ende 123 geätzt. Da-Daraufhin wird eine dünne Schicht Natriumsilikat 40 mit ist wiederum ein Einsatz 122 für eine Gastrenauf die freigelegten Oberflächen der Stränge 132 auf- nungsvorrichtung gemäß Fig. 1 geschaffen,
gebracht und dieses Ende des Bündels anschließend Das Faserbündel, das aus einer Vielzahl von Röhbis zu einer Temperatur von 320° C erhitzt, um das ren besteht, deren Enden abwechselnd auf der einen Natriumsilikat säurefest zu machen. Zurückgeblie- Seite oder auf der anderen Seite geschlossen sind, bene Wachsreste werden vom zweiten Ende des Bün- 45 wird nun in das Gehäuse 128 eingesetzt. Bei dieser dels mit Benzin oder einem ähnlichen Lösungsmittel Ausführungsform, bei der das Trägergas nicht durch entfernt. Die schneller ätzenden Stränge 124' werden die Röhren 130 fließt, wird auf das Trägergas ein daraufhin bis auf eine restliche Dicke von einigen pulsierender Druck ausgeübt, um dadurch eine Ströhundertstel Millimetern an ihren Enden weggeätzt. mung des Trägergases in den Röhren 130 zu errei-So entsteht dann das Trennelement 122 gemäß 50 chen. Die ganze Trennvorrichtung 120 wird abwech-Fig. 1. Dieses Trennelement nach Fig. 1 kann auch selnd mit Ultraschall oder mit Schall bestrahlt, deren in der Weise gebildet werden, daß die Stränge 124' Wellenlängen und Schallstärken in Abhängigkeit von und 132 aus lichtempfindlichem Glas hergestellt wer- der Durchlaßgeschwindigkeit und der Länge der Vorden, so daß, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt richtung gewählt werden. In F i g. 1 ist ein solcher und daraufhin erhitzt werden, die dem Licht ausge- 55 Schallerzeuger 150 angedeutet,
setzten Glasteile entglasen und gut geätzt werden _, ..
können. Patentansprüche:

Die Stränge 124" und 132' gemäß Fig. 5 sind aus 1. Diffusionseinsatz für eine Gastrennvorrich-

lichtempfindlichem Material hergestellt. Die Stränge tung mit einer Vielzahl parallel angeordneter, an-

132' sind verhältnismäßig undurchlässig für ultravio- 60 einanderliegender Glasröhrchen, dadurch g e -

lettes Licht, während die Stränge 124" für dieses kennzeichnet, daß benachbarte Röhrchen

Licht gut durchlässig sind. Das Stirnende 123 des (124, 130) jeweils am entgegengesetzten Ende

Faserbündels ist mit einer lichtempfindlichen und durch darin angeordnete Glasstränge (124', 132)

lichtundurchlässigen Schicht 127 überzogen. Dann verschlossen sind.

wird Licht durch das Faserbündel in Richtung des 65 2. Diffusionseinsatz nach Anspruch 1, dadurch

Pfeiles A gestrahlt und belichtet die Schicht 127 an gekennzeichnet, daß die Glasstränge (124', 132)

den Stellen, an denen sie an den Strängen 124" an- aus lichtempfindlichem Glas hergestellt sind,

liegt. 3. Diffusionseinsatz nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Glasstränge (124' bzw. 132) aus für ultraviolettes Licht verschieden stark durchlässigen Glassorten hergestellt sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Diffusionseinsatzes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glasstränge aus einem leicht zersetzbaren Glas mit einem Überzug aus nicht zersetzbarem Glas versehen und dünn ausgezogen werden, daß mehrere dieser überzogenen Glasstränge in paralleler Anordnung zu einem Bündel zusammengefaßt und danach die Glasstränge bis auf die Enden (124', 132) zersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen