BR112012006434B1

BR112012006434B1 - Elemento de membrana, dispositivo de separação de gás, e, motor de combustão interna

Info

Publication number: BR112012006434B1
Application number: BR112012006434-7A
Authority: BR
Inventors: Masahiro Tsukamoto; Atsushi Shimizu
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corporation
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2021-07-13
Also published as: CN102574065B; KR101517268B1; JPWO2011037255A1; JP5619755B2; KR20120060866A; WO2011037255A1; BR112012006434A2; US20120199004A1; EP2484430A1; CN102574065A; EP2484430B1; EP2484430A4; US9101873B2

Abstract

elemento de membrana, dispositivo de separação de gás, e, motor de combustão interna a presente invenção provê um elemento de membrana, um dispositivo de separação de gás, e um motor de combustão interna capaz de melhorar desempenho de separação de gás. um dispositivo de separação de gás 1 incluindo elementos de membrana 2 inclui membros rígidos 32 dispostos em uma direção interseccionando dobras de uma estrutura plissada 26 em regiões abertas r1 e r2 da estrutura plissada 26 circundada por uma armação de reforço 27. as regiões abertas r1 e r2 são cada separadas em uma região de alimentação e uma região de escape de gás por um adesivo s de resina epóxi elástica provida entre o membro rígido 32 e a estrutura plissada 26.

Description

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um elemento de membrana, um dispositivo de separação de gás, e um motor de combustão interna.

ARTE ANTECEDENTE

Dispositivos de separação de gás foram usados em incineradores, condicionadores de ar, motores a diesel, e similares. O dispositivo de separação de gás pode gerar um gás enriquecido com nitrogênio ou um gás enriquecido com oxigênio permitindo oxigênio no ar incluindo oxigênio e nitrogênio passar através de um elemento de membrana. Além disso, no dispositivo de separação de gás, umidifícação ou desumidifícação de gás pode ser efetuada deixando vapor dJágua passar através do elemento de membrana.

O dispositivo de separação de gás em um forno de combustão pode ser usado para suprimir produção de dioxina e aumentar eficiência de combustão. Especifícamente, oxigênio no ar pode ser passado através de uma membrana de separação de gás para gerar o ar enriquecido com oxigênio, que é introduzido ao forno de combustão para aumentar a temperatura de combustão, assim suprimindo produção de dioxina. Usando o ar enriquecido com oxigênio, mesmo um combustível de baixa caloria pode ser queimado em uma temperatura prescrita.

Além disso, o dispositivo de separação de gás pode ser usado para suprimir óxido de nitrogênio introduzindo o ar enriquecido com nitrogênio em * 25 um forno de combustão. O ar enriquecido com nitrogênio pode ser gerado deixando o oxigênio no ar passar através de uma membrana de separação de gás para remover oxigênio.

O dispositivo de separação de gás em um condicionador de ar foi usado para separar o ar em oxigênio e nitrogênio e para introduzir o ar enriquecido com oxigênio em um recinto. Foi também usado em umidificação ou desumidificação deixando o vapor d ’água passar através da membrana.

Em motores de combustão interna amplamente usados em motores 5 de automóveis, quando a temperatura de combustão toma-se elevada, nitrogênio reage com oxigênio para produzir óxido de nitrogênio (NOX), que é escapado. No caso de motores à gasolina, um catalisador de três vias serve como um sistema para remover óxido de nitrogênio (NOX). Esse catalisador de três vias pode remover hidrocarboneto (HC), monóxido de carbono (CO), e óxido de 10 nitrogênio (NOX) no gás de escapamento simultaneamente através de uma reação de oxidação-redução.

No entanto, em motores a diesel em que um combustível é queimado com ar excessivo, o catalisador de três vias não funciona efetivamente uma vez que oxigênio está incluído no gás de escapamento. Portanto, no caso de 15 motores a diesel, um método de diminuir uma concentração de oxigênio no ar alimentado para uma câmara de combustão para reduzir a temperatura de combustão é um exemplo de um de métodos efetivos. Como um exemplo específico do mesmo, um sistema EGR (sistema de recirculação de gás de escapamento) é um método de reduzir uma concentração de oxigênio no ar de 20 alimentação recirculando e misturando parte de gás de escapamento no ar.

Outro exemplo é um método de reduzir óxido de nitrogênio (NOx) alimentando o ar enriquecido com nitrogênio para uma câmara de combustão usando um dispositivo de separação de gás. Um método de reduzir uma temperatura de combustão alimentando o ar umidificado para uma câmara de - 25 combustão é também efetivo. 0 dispositivo de separação de gás pode também ser usado como um dispositivo para gerar o ar enriquecido com nitrogênio com uma baixa concentração de oxigênio, ou o ar umidificado.

Nos dispositivos de separação de gás usados em várias aplicações como descrito acima, vários estudos foram feitos até agora a fim de melhorar a capacidade de separar gás (desempenho de separação de gás). Por exemplo, Literatura de Patente 1 descreve um elemento de membrana de tipo plissado * plano e um separador de gás usando o elemento de membrana. O elemento de membrana descrito em Literatura de Patente 1 tem uma configuração em que uma armação de reforço está disposta na periferia exterior de uma moldagem de plissado formada plissando uma membrana de separação de gás. No separador de gás tendo esse elemento de membrana, uma placa tendo uma porta de entrada e uma porta de escapamento é usada como um alojamento que acomoda o 10 elemento de membrana.

Literatura de Patente 2 descreve um separador de gás configurado para incluir dois elementos de membrana com superfícies de topo dos mesmos dispostos para estar em frente um do outro, um par de placas de pressão ensanduichando os dois elementos de membrana dos lados de superfície de 15 fundo, um cano para alimentar ou escapar uma mistura de gás para o lado primário da superfície de topo do elemento de membrana, e um canal de lado secundário para descarregar a passagem de ar através do elemento de membrana e sendo escapado do lado de superfície de fundo. Nesse separador de gás, o cano e similares para alimentar a mistura de gás estão dispostos na esquerda e direita 20 dos dois elementos de membrana dispostos acima e abaixo. A mistura de gás fluindo através do cano de lado de alimentação passa através de um trajeto estreita de tipo fenda a ser alimentada para o canal de lado primário do elemento de membrana e ainda passa através de um trajeto estreita de tipo fenda para ser descarregado para o cano de lado de escape. LiSTADE. CITAÇÕES Literatura de Patente [Literatura de Patente 1] Publicação internacional No. W02005/ 110581 brochura [Literatura de Patente 2] Publicação de pedido de Patente JP acessível ao público No. 2007-75699

SUMÁRIO ÜA INVENÇÃO Problema técnico

No entanto, nos elementos de membrana convencionais, a partição entre uma região de alimentação e uma região de escape não é suficiente, e um atalho (circuito pequeno) de gás ocorre do lado de alimentação para o lado de escape, levando a um problema em que o desempenho de separação de gás é baixo. Ademais, um membro que forma uma partição entre a região de 10 alimentação e a região de escape fisicamente ou quimicamente degrada com o passar do tempo, de modo que o desempenho de separação de gás é reduzido com o passar do tempo.

A presente invenção é realizada para resolver o problema acima mencionado e visa prover um elemento de membrana, um dispositivo de 15 separação de gás, e um motor de combustão interna capaz de melhorar o desempenho de separação de gás.

Solução para o Problema

A fim de resolver o problema acima mencionado, um elemento de membrana de acordo com a presente invenção inclui uma estrutura plissada 20 formada dobrando um substrato de membrana de separação de gás tipo folha, e uma armação de reforço circundando a estrutura plissada com ambos os lados de superfície da estrutura plissada sendo abertos. O elemento de membrana inclui um membro rígido disposto em uma direção interseccionando uma dobra da estrutura plissada em pelo menos uma das regiões abertas da estrutura plissada - 25 circundada pela armação de reforço, e uma porção de vedação provida entre o membro rígido e a estrutura plissada. A região aberta é separada em uma região de alimentação e uma região de escape de gás pela porção de vedação.

Esse elemento de membrana inclui o membro rígido disposto em uma direção interseccionando a dobra da estrutura plissada em pelo menos uma das regiões abertas da estrutura plissada circundada pela armação de reforço. A porção aberta circundada pela armação de reforço é separada em uma região de alimentação e uma região de escape de gás pela porção de vedação provida entre o membro rígido e a estrutura plissada. Uma vez que a região de alimentação e a região de escape de gás são separadas entre si pela porção de vedação deste modo, é possível prevenir que o gás faça um atalho sem passar através da estrutura plissada do substrato de membrana de separação de gás quando o gás é alimentado da região de alimentação para a região de escape. Portanto, o desempenho de separação de gás pode ser melhorado.

Quando uma força é exercida sobre a porção de vedação, a força aplicada à porção de vedação é recebida pelo membro rígido, assim evitando flexão da estrutura plissada. Portanto, quando comparada com uma estrutura convencional em que apenas a porção de vedação é diretamente levada ao encontro contra a estrutura plissada, uma pressão de contato suficiente (pressão de vedação) pode ser assegurada. Então, uma força é exercida mais uniformemente na região de abertura com a pressão de contato suficiente em um estado em que a porção de vedação está ao encontro contra o membro rígido. Deste modo, a região de alimentação (região à montante) e a região de escape (lado à jusante) de gás na região aberta da estrutura plissada podem ser vedadas confiavelmente, assim evitando um atalho de gás. Como um resultado, a hermeticidade pode ser melhorada.

É preferível que a porção de vedação seja um adesivo ou um agente de vedação. O adesivo ou o agente de vedação é preferivelmente um material que tem tal flexibilidade que pode acompanhar a deformação mesmo quando a estrutura plissada é submetida à deformação por estresse, que substancialmente não flui, e que pode aliviar o estresse. O membro rígido e a estrutura plissada são ligados entre si pelo adesivo ou pelo agente de vedação, por meio do qual o membro rígido e a estrutura plissada são firmemente fixados entre si, assim separando a região de alimentação e a região de escape entre si de modo confiável. Consequentemente, o efeito de prevenção de atalho pode ser aumentado. Ademais, uma vez o membro rígido e a porção de vedação são ligados entre si, uma força exercida sobre o membro rígido é transmitida mais uniformemente para a porção de vedação, assim evitando ainda a flexão da estrutura plissada. Deste modo, a vedabilidade entre a região de alimentação e a região de escape é melhorada.

Ê preferível que, assumindo um plano virtual em que vértices de uma pluralidade de dobras estão dispostos na região aberta da estrutura plissada, a porção de vedação seja provida ao longo de plano virtual. Com tal configuração, um atalho de gás pode ser evitado.

Ê preferível que a porção de vedação seja provida como um plano ao longo do plano virtual. Em tal configuração, a porção de vedação não penetra profundamente entre o substrato dobrado de membrana de separação de gás, assim evitando uma redução em desempenho de separação de gás pela porção de vedação.

É preferível que a porção de vedação seja provida para se estender a partir do membro rígido em direção à armação de reforço em uma direção de dobra da estrutura plissada, e que a região de alimentação e a região de escape deveríam ser definidas cada pela armação de reforço e a porção de vedação na direção interseccionando a dobra, em ambos os lados na direção de dobra na região aberta. Em tal configuração, a região de alimentação e a região de escape são definidas em ambos os lados da região aberta da estrutura plissada. Portanto, a vedabilidade pode ser assegurada. Além disso, um trajeto através da qual o gás a ser separado se movimenta ao longo do substrato de membrana de separação de gás é assegurada como sendo longa. Portanto, o desempenho de separação de gás pode ser tomado bom.

É preferível que uma área da porção de vedação seja de 5% a 95% na região aberta da armação de reforço. Com tal configuração, as áreas da região de alimentação e da região de escape podem ser otimizadas em separação de gás. Ademais, a região de alimentação e a região de escape podem ser separadas 5 livremente pela porção de vedação, e a área e formato da região de alimentação servindo como uma entrada de gás alimentado ao interior da estrutura plissada e a região de escape servindo como uma saída de gás que escapa da estrutura plissada pode ser ajustada livremente e facilmente. Mais preferivelmente, a área da porção de vedação é 10% a 90%. Ainda mais preferivelmente, é 15% a 85%. É preferível que o membro rígido seja fixado à armação de reforço.

Com tal configuração, uma tensão aplicada ao membro rígido não é distribuída para a estrutura plissada, mas é distribuída para a armação de reforço, assim assegurando a rigidez do elemento de membrana como um todo. Então, quando a região de alimentação e a região de escape são separadas, mesmo se o membro 15 rígido recebe uma força, ela é suportada pela armação de reforço, assim evitando ainda a distorção da estrutura plissada. Portanto, a via de fluxo de gás não é deformada, e ainda mais um contato de pressão suficiente pode ser assegurado. Como um resultado, o desempenho de separação de gás do elemento de membrana pode ainda ser melhorado.

É preferível que o elemento de membrana inclua uma nervura que se estende em uma direção longitudinal do membro rígido e é provida ereta sobre o membro rígido em uma direção de altura da estrutura plissada. Com tal configuração, a flexão do membro rígido pode ser evitada. Como um resultado, a flexão da estrutura plissada é ainda evitada. Portanto, uma pressão de contato - 25 suficiente pode ser assegurada, assim melhorando a eficiência de uso da membrana de separação de gás. Além disso, a via de fluxo pode ser projetada de modo preciso uma vez que a via de fluxo de gás no dispositivo de separação de gás não é deformada.

É preferível que o membro rígido e a porção de vedação sejam providos em ambas as regiões abertas da estrutura plissada circundada pela armação de reforço, e que a região aberta seja separada em uma região de alimentação e uma região de escape de gás pela porção de vedação. Dessa maneira, a configuração descrita acima é provida em ambas das regiões abertas, assim evitando um atalho em ambas as superfícies do elemento de membrana.

Um dispositivo de separação de gás de acordo com a presente invenção inclui o elemento de membrana acima. A provisão do elemento de membrana acima pode melhorar o desempenho de separação de gás, e a separação de gás pode ser efetuada eficientemente. Além disso, o problema de um atalho (circuito pequeno) entre o lado de alimentação e o lado de escape é eliminado, de modo que o projeto de fluxo de gás, como perda de pressão, pode ser efetuado precisamente. Ademais, a falta de conveniência da porção de vedação é eliminada, de modo que a reprodutibilidade do conjunto de desempenho de módulo é boa quando da substituição do elemento de membrana.

Um motor de combustão interna de acordo com a presente invenção inclui o dispositivo de separação de gás anterior. A provisão do dispositivo de separação de gás anterior pode melhorar o desempenho de separação de gás, e a separação de gás pode ser efetuada eficientemente. NOX produzido a partir do motor de combustão interna pode ser ainda reduzido.

EFEITOS VANTAJOSOS DE INVENÇÃO

A presente invenção pode melhorar o desempenho de separação de gás.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[Figura 1] Figura 1 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás instalado com elementos de membrana de acordo com uma primeira foππa de realização. [Figura 2] Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 1.

[Figura 3] Figura 3 é uma vista em seção transversal do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura L [Figura 4] Figura 4 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa do elemento de membrana.

[Figura 5] Figura 5 é uma vista em perspectiva transversal mostrando o elemento de membrana em Figura 4 parcialmente cortado.

[Figura 6] Figura 6 é uma vista em seção transversal de uma estrutura plissada no elemento de membrana em Figura 5 como visto de uma direção de dobra.

[Figura 7] Figura 7 é uma vista em perspectiva mostrando um substrato de membrana de separação de gás antes de pfissagem.

[Figura 8] Figura 8 é um diagrama mostrando um exemplo de um trajeto de fluxo de gás no elemento de membrana. [Figura 9] Figura 9 é um diagrama esquemático mostrando uma configuração de um motor de combustão interna.

[Figura 10] Figura 10 é uma vista em seção transversal mostrando a configuração de um dispositivo convencional de separação de gás.

[Figura 11] Figura 11 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de separação de gás provido com elementos de membrana de acordo com uma segunda forma de realização da presente invenção.

(Figura 12] Figura 12 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de separação de gás provida com elementos de membrana de acordo com uma terceira forma de realização da presente invenção.

[Figura 13] Figura 13 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás de acordo com uma modificação. [Figura 14] Figura 14 é uma vista de topo de uma porção de corpo de acordo com uma modificação.

[Figura 15] Figura 15 é uma vista de topo de uma porção de cobertura de acordo com uma modificação. [Figura 16] Figura 16 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás de acordo com uma modificação.

[Figura 17] Figura 17 é uma vista em perspectiva de seção transversal do dispositivo de separação de gás mostrada em Figura 16. [Figura 18] Figura 18 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de separação de gás mostrada em Figura 16.

[Figura 19] Figura 19 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um sistema de separação de gás. [Figura 20] Figura 20 é um diagrama esquemático mostrando uma 15 configuração do sistema de separação de gás.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

As formas de realização preferidas da presente invenção serão descritas em detalhes abaixo com referência aos desenhos. É notado que os mesmos ou elementos equivalente estão denotados com os mesmos números de 20 referência, e uma descrição repetida será omitida, se presente.

[Primeira forma de realização]

Figura 1 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás instalado com elementos de membrana de acordo com uma primeira forma de realização. Figura 2 é uma vista em . • 25 perspectiva explodida do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 1, e Figura 3 é uma vista em seção transversal do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 1.

<Configuração de dispositivo de separação de gás>

Como mostrado em Figura 1 a Figura 3, um dispositivo de separação de gás 1 inclui um alojamento 3 e elementos de membrana 2 acomodados no alojamento 3. Passagens de lado primário PI e passagens de lado secundário P2 são formadas no alojamento 3. As passagens de lado primário Pl e as passagens de lado secundário P2 são separadas entre si por dois elementos de membrana 2. Em outras palavras, no alojamento 3, o elemento de membrana 2 é ensanduichado entre a passagem de lado primário PI em um lado e a passagem de lado secundário P2 no outro lado. A passagem de lado primário P1 é uma passagem para uma mistura de gás a ser separada, e, na presente forma de realização, é uma passagem através da qual o ar flui. Por outro lado, a passagem de lado secundário P2 é uma passagem através da qual um gás particular passando através do elemento de membrana 2 principalmente flui, e, na presente forma de realização, o ar enriquecido com oxigênio principalmente flui. No geral, o lado primário é definido como um lado em que a pressão parcial é maior quando atenção é dada para um componente de gás seletivamente permeando através do elemento de membrana 2. Em muitos casos, a pressão total é maior no lado primário.

O alojamento 3 é produzido, por exemplo, de uma variedade de materiais tais como SUS (aço inoxidável), alumínio, e resinas, e é configurado com uma porção de corpo 4 e um par de porções de cobertura de topo e de fundo 5 e 6.

(Porção de corpo)

A porção de corpo 4 tem aberturas acima e abaixo e é moldada . - 25 como uma caixa côncava. A porção de corpo 4 define porções de alimentação de lado primário Kl em que uma mistura de gás flui em cooperação com os elementos de membrana 2.

A porção de corpo 4 tem uma placa divisória 8 dentro da mesma. A placa divisória 8 é um membro de placa que divide quatro passagens de lado primário PI (ver Figura 3) formadas na porção de corpo 4 em duas cada acima e abaixo. Essa placa divisória 8 esta disposta para se estender entre uma parede interna 9a e uma parede interna 9b na porção aproximadamente no meio na direção de altura (a direção ascendente e descendente na figura) da porção de corpo 4. e forma aberturas 10a e 10b com uma parede interna 9c e com uma parede interna 9d, respectivamente, da porção de corpo 4 (ver Figura 2).

Uma porção de partição 12 é também provida na porção de corpo 4 na direção interseccionando a placa divisória 8. A porção de partição 12 é um membro de placa que divide as passagens de lado primário PI em um lado de al imentação e um lado de escape. A porção de partição 12 é provida em vertical nas direções para cima e para baixo com relação à placa divisória 8 na porção do meio na direção de largura (a direção à direita e à esquerda na figura) da porção de corpo 4. Ambas as extremidades da porção de partição 12 na direção longitudinal apóiam-se nas paredes internas 9c e 9d da porção de corpo 4. Deste modo, as quatro passagens de lado primário PI são formadas na porção de corpo 4.

Porções de suporte de elemento 13 para suportar os elementos de membrana 2 são providas nas paredes internas 9a a 9d da porção de corpo 4. A porção de suporte de elemento 13 é provida ao longo das quatro paredes internas 9a a 9d, e sua posição em altura está em uma posição abaixada da porção de extremidade de lado aberto da porção de corpo 4 pela altura do elemento de membrana 2 (uma armação de reforço 27). A porção de suporte de elemento 13 é geralmente rente com uma porção de extremidade de ponta 12a da porção de partição 12.

A porção de suporte de elemento 13 forma uma porção de comunicação de lado primário LI que leva a passagem de lado primário PI e o lado primário (região de abertura) do elemento de membrana 2 em comunicação entre si. Especificamente, a porção de comunicação de lado primário LI é uma porção de abertura que é formada pela porção de suporte de elemento 13 e a porção de partição 12 e corresponde ao lado primário do elemento de membrana 2 em um estado em que o elemento de membrana 2 é suportado na porção de suporte de elemento 13 da porção de corpo 4, como mostrado em Figura 3. A porção de alimentação de lado: primário K.1 é: configurada com a passagem de lado primário PI e a porção de comunicação de lado primário LI.

Conectados à porção de corpo 4 estão um cano de entrada 14 para uma mistura de gás alimentada à passagem de lado primário PI e um cano de escape 15 para escapar o ar enriquecido com nitrogênio passando através de uma membrana de separação de gás 29 (descrita mais tarde) de uma estrutura plissada 26 sem permeação seletiva, O cano de entrada 14 está em comunicação com o lado de alimentação da passagem de lado primário PL e o cano de escape 15 esta em comunicação com o lado de escape da passagem de lado primário P L O cano de entrada 14 e o cano de escape 15 estão dispostos lado a lado no lado da parede interna 9c (um lado de extremidade) da porção de corpo 4. Em outras palavras, o cano de entrada 14 e o cano de escape 15 são providos na porção de coipo 4 tal que suas aberturas são orientadas na mesma direção na direção longitudinal da porção de corpo 4. Os diâmetros internos do cano de entrada 14 e o cano de escape 15 são, cada,, aproximadamente, iguais ao diâmetro da passagem de lado primário PI (o diâmetro hidráulico de um cano quadrado tendo uma seção transversal quadrada que é formada pela placa divisória 8 e o elemento de membrana 2),

Porções de flange 7 projetando-se nas direções de frente/dorso e direita/esquerda são providas nas porções de extremidade na direção ascendente e descendente da porção de corpo 4. As porções de flange 7 são travadas em um estado em que as porções de flange 16 è 17 das. porções de cobertura 5 é 6 descritas depois estão de encontro contra a mesma, de modo que as porções de cobertura 5 e 6 são fixadas à porção de corpo 4.

(Porção de cobertura)

A porção de coberturas 5 e 6 são membros dispostos acima e abaixo da porção de corpo 4 e são fixadas ao porção de corpo 4 tal que as porções de 5 flange 16 e 17 projetando-se na direção de largura são travadas nas porções de flange 7 da porção de corpo 4. A porções de cobertura 5 e 6 definem porções de escape de lado secundário K2 através das quais um gás particular e um gás de lavagem fluem em cooperação com os elementos de membrana 2.

Porções de partição 18 e 19 são providas dentro das porções de cobertura 5 e 6. respectivamente, As porções de partição 18 e 19 estendem-se na direção longitudinal na porção aproximadamente no meio na direção de largura das porções de cobertura 5 e 6, e são providas em cima em direção aos lados de abertura. As porções de partição 18 e 19 dividem os espaços formados dentro das porções de cobertura 5 e 6 no lado de alimentação e no lado de escape nas passagens de lado secundário P2. Porções de extremidade frontais 18a e 19a das porções de partição 18 e 19 estão geralmente rentes com as porções de flange 16 e 17 das porções de cobertura 5 e 6, respectivamente. Porções de abertura 20 e 21 das porções de cobertura 5 e 6 funcionam como porções de comunicação de lado secundário L2 que levam as passagens de lado secundário P2 e o lado secundário (região de abertura) do elementos de membrana 2 em comunicação entre si. Especificamente, como mostrado em Figura 3. as porções de comunicação de lado secundário L2 são porções de abertura, isto é, as porções de abertura 20 e 21, correspondendo ao lado secundário dos elementos de membrana 2 em um estado em que os . 25 elementos de membrana 2 são suportados na porção de suporte de elementos 13 da porção de corpo 4. A porção de escape de lado secundário K2 é configurada para ter a passagem de lado secundário P2 e a porção de comunicação de lado secundário L2.

Conectados às porções de cobertura 5 e 6 estão canos de entrada 22 e 23 para o gás de lavagem alimentado às passagens de lado secundário P2, e canos de escape 24 e 25 para o gás de lavagem acompanhado por oxigênio (Os) seletivamente permeando através da membrana de separação de gás 29 da estrutura plissada 26. Os canos de entrada 22 e 23 estão em comunicação com o lado de alimentação das passagens de lado secundário P2. e os canos de escape 24 e 25 estão em comunicação com o lado de escape das passagens de lado secundário P2. Os canos de entrada 22 e 23 e os canos de escape 24 e 25 estão dispostos lado a lado em um lado de extremidade na direção longitudinal das porções de cobertura 5 e 6. Em outras palavras, os canos de entrada 22 e 23 e os canos de escape 24 e 25 são providos nas porções de cobertura 5 e 6 tal que as suas aberturas são orientadas na mesma direção longitudinal da porções de cobertura 5 e 6. É notado que os canos de entrada 22 e 23 podem ser usados como canos de escape, e os canos de escape 24 e 25 podem ser usados como canos de entrada,

O elemento de membrana 2 será agora descrito em detalhes. Figura 4 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa do elemento de membrana. Figura 5 é uma vista em perspectiva transversal mostrando o elemento de membrana em Figura 4 parcialmente retirado. Figura 6 é uma vista em seção transversal da estrutura plissada no elemento de membrana em Figura 5 como visto de uma direção de dobra. Figura 7 é uma vista em perspectiva mostrando a substrato de membrana de separação de gás antes de plissagem.

Como mostrado em Figura 4 a Figura 7, o elemento de membrana 2 é configurado tal que a estrutura plissada 26 é circundada pela armação de reforço 27.

A estrutura plissada 26 é uma estrutura obtida plissando um substrato como membrana plana (tipo folha) de membrana de separação de gás 28. O substrato de membrana de separação de gás 28 é formado tal que a membrana como membrana plana de separação de gás 29 é integrada com um par de materiais de reforço respirável como malha 30 dispostos para ensanduichar a membrana de separação de gás 29. Espaços como mostrado em 5 Figura 5 podem ser formados entre as membranas de separação de gás 29. No entanto, como mostrado em Figura 6, preferivelmente, as membranas de separação de gás 29 estão em contato íntimo entre si com espaçadores interpostos, sem espaços serem formados entre as mesmas.

Como mostrado em Figura 5, no caso da estrutura plissada tendo 10 um espaço entre as placas, uma porção de vedação (adesivo S de resina epóxi elástica descrito mais tarde) é preferivelmente provida entre um membro rígido e a estrutura plissada ao longo de um plano virtual em que os vértices de uma pluralidade de dobras estão dispostos. Aqui, a porção de vedação pode ser formada apenas nos vértices das dobras ou pode ser formada como um plano ao 15 longo da superfície virtual. É preferível formar como um plano em vista de facilidade de produção.

Como mostrado em Figura 7. a membrana de separação de gás 29 é uma membrana plana e é uma membrana seletivamente permeável tendo a característica de preferencialmente transmitir gás oxigênio (Oj) do ar. A 20 membrana de separação de gás na presente invenção não é limitada a uma membrana seletivamente permeável que preferencialmente transmite oxigênio do ar, mas pode ser qualquer membrana seletivamente permeável que tem a característica de preferencialmente transmitir um gás particular tal como ácido carbônico gasoso ou vapor d’água do ar. .* 25 O material de reforço respirável 30 serve como meio para evitar contato intimo entre as membranas de separação de gás 29 para assegurar uma passagem de gás assim alcançando uma boa eficiência de uso de membrana. O material de reforço respirável 30 também tem uma função auxiliar de conferir uma propriedade de se manter em posição sozinha requerida para a estrutura plissada 26. ’’Plissagem" refere-se a processamento de repetir dobras em vale e dobras em montanha do substrato de membrana de separação de gás 28 de tipo membrana plana em um passo específico. Como um resultado de plissagem, o substrato de membrana de separação de gás 28 forma a estrutura plissada 26 de tal maneira que ela é alternadamente dobrada como uma sanfona para formar uma pluralidade de dobras 31, isto é, em uma maneira plissada. Essa plissagem permite que uma maior área seja acomodada na mesma área projetada ou no mesmo volume como comparado com uma membrana plana sem plissagem. No geral, a plissagem é efetuada após a membrana de separação de gás 29 e os materiais de reforço respiráveis 30 serem empilhados. No entanto, é possível inserir nos materiais de reforço respiráveis 30 entre plissagens após a plissagem ser realizada apenas na membrana de separação de gás 29.

Na presente forma de realização, o '’comprimento" do plissado é um comprimento paralelo com a direção de plissado, a "altura” da plissado é uma altura de um pico para o outro pico da estrutura plissada 26, e a "largura" do plissado é um comprimento na direção vertical à (interseccionando) direção de plissagem. Métodos conhecidos podem ser usados como métodos de plissagem. Por exemplo, uma máquina de plissagem recíproca (sanfona) ou uma máquina de plissagem rotatória podem ser usadas,

O material, tamanho, e características da membrana de separação de gás 29 e o material de reforço respirável 30 aplicável à estrutura plissada 26 da presente invenção serão agora descritos em maiores detalhes.

(Membrana de separação de gás)

A membrana de separação de gás 29 é uma membrana plana e pode ser qualquer membrana seletivamente permeável que tenha a característica de preferencialmente transmitir um gás particular a partir de uma mistura de gás.

Exemplos do gás particular incluem oxigênio e nitrogênio, e Além disso, vapor de água, dióxido de carbono, hidrogênio, hélio, argônio, hidrocarboneto alifático, hidrocarboneto aromático, sulfeto de hidrogênio, e amónia. Uma variedade de materiais pode ser usada para a membrana de separação de gás. Quando a geração do ar enriquecido com nitrogênio é pretendida como na forma de realização antecedente, exemplos do material da membrana de separação de gás incluem polidimetilsiloxano, polidifenilsiloxano, polimetilfeniísiloxano, copolimeros de polidimetilsiloxano, poli-4-metílpenteno-I, politetrafluoroetileno, copolimeros de pontetrafluoroetüeno, copolimeros de perfluoro-2, 2-dimetil-l, 3-díoxol, poli-p-fenileno óxido, poliviniltrimetilsilano, polímeros fluorados/copolímero de siloxano, poli[l-(trimetilsi]il)-l-propino], acetato de celulose, polipropileno, polietileno, polibutadieno, acetato de polivinila, poliestireno, e polímeros de microporosidade intrínseca (PIMs) e copolimeros destes. Dentre estes, copolfmero de bloco de organopolissiloxano- poliuréia-poliuretano, copolimeros de perfluoro-2, 2-dimetii-l, 3-dioxol e tetrafluoroetileno, polímeros de microporosidade intrínseca (PIMs) são preferidos. Um material orgânico seletivamente permeável representado pelo zeólito tipo A pode ser usado.

A permeabilidade de gás da membrana de separação de gás 29 pode ser expressa por uma taxa de permeação e um coeficiente de separação. Aqui, uma taxa de permeação R é representada pela quantidade de permeação de gás em unidade de tempo, unidade de área, e unidade de diferença de pressão parcial, onde uma unidade chamada GPU (Unidade de permeação de gás) “ 10"6 cm3 (STP)/cm2 scmHg é amplamente utilizada na prática. A taxa de permeação por espessura de membrana unitária é referida como um coeficiente de permeação P, onde unidade Barrer = 10'10cm3 (STP)cm/cm2scmHg é amplamente usada na prática. A taxa de permeação é a propriedade da membrana, considerando que o coeficiente de permeação é a propriedade do material. Assim, apesar de ser excelente o coeficiente de permeação, o material não é apropriado para separação de gás se não tiver a adequabilidade necessária e suficiente para uma membrana fina. Um coeficiente de separação α é uma razão de qualquer coeficiente de permeação de gás dado. A taxa de permeação e 5 o coeficiente de separação são selecionados conforme apropriado de acordo com o uso pretendido. É preferível que a taxa de permeação e o coeficiente de separação sejam configurados para valores como a seguir, por exemplo, quando o dispositivo é usado para alimentar um gás enriquecido com nitrogênio para um motor de combustão interna.

A taxa de permeação R de oxigênio é preferivelmente 100 GPU ou mais, mais preferivelmente 1000 GPU ou mais, ainda mais preferivelmente 2000 GPU ou mais, e ainda mais preferivelmente 3000 GPU ou mais. Especialmente, 5000 GPU ou mais é preferido.

O coeficiente de separação α (« RO2/RN2) de oxigênio e nitrogênio 15 é preferivelmente 1,1 ou mais, mais preferivelmente 1,5 ou mais, ainda mais preferivelmente 1,8 ou mais, ainda mais preferivelmente 2,0 ou mais, especialmente preferivelmente 2,2 ou mais, extremamente preferivelmente 2.4 ou mais, e mais preferivelmente 2,6 ou mais. O caso onde α é menor que 1,1 é indesejável uma vez que uma grande quantidade de nitrogênio acompanhando 20 oxigênio move-se do lado primário para o lado secundário. É preferível que α seja maior uma vez que a quantidade de nitrogênio acompanhando oxigênio pode ser suprimida. No geral, há uma troca entre o coeficiente de separação e o coeficiente de permeação.

A espessura de membrana da membrana de separação de gás 29 é - 25 preferivelmente 1 μm ou mais e 1000 μm ou menos. O limite inferior da espessura de membrana é mais preferivelmente 5 μm ou mais, ainda mais preferivelmente 8 μm ou mais, e mais preferivelmente 10 μm ou mais. O limite superior da espessura de membrana é mais preferivelmente 500 μm ou menos, ainda mais preferivelmente 200 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 100 μm ou menor, especialmente preferivelmente 50 μm ou menor, e mais preferivelmente 20 μm ou menor. Se a espessura de membrana é menor que 1 μm, a resistência mecânica pode ser insuficiente. Se a espessura de membrana 5 excede 1000 μm, a taxa de permeaçao pode ser insuficiente.

No geral, é preferível que a espessura de membrana da membrana de separação de gás 29 seja mais fina, devido à taxa de permeaçao poder ser melhorada com o coeficiente de separação sendo mantido. No entanto, a fim de evitar ruptura, etc., resultando da membrana mais fina, ela é frequentemente 10 formada em uma membrana de suporte excelente em permeabilidade de gás e resistência mecânica. A membrana de separação de gás 29 tendo tal estrutura pode ser referida como uma membrana compósita. A camada de separação de gás formada na membrana de suporte pode ser referida como uma camada de separação, uma camada de pele, ou uma camada ativa, e a membrana de suporte pode ser referida como uma camada de suporte. A membrana compósita pode ser obtida, por exemplo, revestindo, impregnando, ou contatando o filme de suporte com um material permeável a gás. Nessa forma de realização, a membrana compósita é usada.

Uma variedade de membranas planas pode ser usada como a 20 camada de suporte da membrana de separação de gás 29 enquanto elas são excelentes em permeabilidade de gás e resistência mecânica e podem ser plissadas. Tecidos, panos não tecidos, membranas microporosas, e similares podem ser usados. Exemplos da membrana microporosa incluem uma membrana microporosa de polnmida, uma membrana microporosa de PVDF, . 25 uma membrana microporosa de poliolefina, uma membrana microporosa polissulfona, uma membrana microporosa de polietersulfona, e quaisquer outras várias membranas microporosas conhecidas. Dentre essas, a membrana microporosa de poliolefina é preferida, e em particular, uma membrana mícroporosa de polietileno é preferida, Uma membrana mícroporosa de poliolefína, que é usada como um separador para uma bateria de íon lítio pode ser usada de modo apropriado. A membrana mícroporosa de polissulfona e a membrana mícroporosa de polietersulfona, que são usadas como uma membrana 5 de UF são preferidas.

A porosidade da camada de suporte da membrana de separação de gás 29 é preferivelmente 5% ou mais e 95% ou menor. O limite inferior da porosidade é mais preferivelmente 10% ou mais, ainda mais preferivelmente 20% ou mais, ainda mais preferivelmente 30% ou mais, e mais preferivelmente 10 40% ou mais. Se a porosidade é menor que 5%, a permeabilidade de gás pode ser insuficiente. Se a porosidade excede 95%, a resistência mecânica pode ser insuficiente,

A porosidade da camada de suporte foi medida pelo método seguinte. Uma amostra de 10 cm2 foi retirada da camada de suporte. A equação 15 abaixo foi usada em cálculo baseado no volume e massa da amostra. A densidade de resina (g/cm3) significa a densidade de resina, que é um componente da camada de suporte, e pode ser medida por um método de gradiente de densidade em conformidade com ASTM-D1505.

O tamanho de poro médio da camada de suporte da membrana de separação de gás 29 é preferivelmente 0,1 nm ou mais e 10 μm ou menor. O limite inferior do tamanho de poro médio é mais preferivelmente 1 nm ou mais, e ainda mais preferivelmente 10 nm ou mais, O limite superior do tamanho de 25 poro médio é mais preferivelmente 1 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 500 nm ou menor, ainda mais preferivelmente 200 nm ou menor, e especialmente preferivelmente 100 nm ou menor. O caso em que o tamanho de poro médio é menor que 0,1 nm é indesejável uma vez que a porosidade e a razão de abertura de superfície são frequentemente baixas. O caso onde tamanho de poro médio excede 10 μm é indesejável uma vez que furos são facilmente produzidos na camada de separação de gás.

A espessura de membrana da camada de separação de gás da membrana de separação de gás 29 é preferivelmente 1 nm ou mais e 10 μm ou menor. O limite inferior da espessura de membrana é mais preferivelmente 10 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 20 nm ou mais, e mais preferivelmente 50 nm ou mais. O limite superior da espessura de membrana é mais preferivelmente 3 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 1 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 500 nm ou menor, especialmente preferivelmente 300 nm ou menor, extremamente preferivelmente 200 nm ou menor, e mais preferivelmente 100 nm ou menor. Se o coeficiente de permeaçao é elevado o bastante, mesmo a espessura de membrana excedendo 3 μm pode ser usada de modo apropriado.

(Material de reforço respirável)

O material de reforço respirável 30 pode ser provido em ambas as superfícies ou em uma superfície da membrana de separação de gás 29. Quando a diferença de pressão entre ambas as superfícies da membrana de separação de gás 29 é significante, o material de reforço respirável 30 é preferivelmente provido pelo menos no lado de pressão inferior. Exemplos do material de reforço respirável 30 podem incluir tecidos, panos não tecidos, redes de resina tais como polipropileno, poliéster, e náilon, e redes de metal. Dentre esses, as redes de resina e as redes de metal são preferidas. Essas redes podem ser produzidas de uma estrutura tecida usando um tear ou por processamento de desenho após extrusão. Uma rede tecida plana é preferida devido a sua estrutura simples. Ademais, uma rede tendo uma estrutura em que as interseções em tecelagem simples são fundidas é mais preferida devido à melhora de sua resistência.

A espessura do material de reforço respirável 30 pode ser obtida a partir do valor médio de medições em uma pluralidade de pontos na adjacência das interseções da rede. A espessura é preferivelmente 10 μm ou mais e 5000 μm ou menor, O limite inferior da espessura é mais preferivelmente 50 μm ou mais, ainda mais preferivelmente 100 μm ou mais, ainda mais preferivelmente 200 μm ou mais, e especialmente preferivelmente 300 μm ou mais. O limite superior da espessura é mais preferivelmente 2000 μm ou menor, ainda mais preferivelmente 1000 μm ou menor, e mais preferivelmente 500 μm ou menor. Se a espessura é menor que 10 μm, a resistência mecânica pode ser insuficiente. Se a espessura excede 5000 μm, a permeabilidade de gás pode ser reduzida. A espessura do material de reforço respirável 30 depende no grau de compressão durante medição e, portanto é preferivelmente medida com o grau de compressão no caso onde o elemento de membrana é formado e com o grau de compressão no caso onde uma diferença de pressão total durante operação é aplicada ao elemento de membrana.

A porosidade do material de reforço respirável 30 pode ser encontrada como um valor numérico obtido dividindo a área projetada da porção porosa, como vista acima de seu plano, pela área total. A porosidade é preferivelmente 30% ou mais e 95% ou menor. O limite inferior da porosidade é mais preferivelmente 40% ou mais, ainda mais preferivelmente 50% ou mais, ainda mais preferivelmente 60% ou mais, especialmente preferivelmente 70% ou mais, extremamente preferivelmente 80% ou mais, e mais preferivelmente 90% ou mais. Se a porosidade é menor que 30%, o desempenho de separação de gás pode ser insuficiente. Se a porosidade é menor que 95%, a resistência mecânica pode ser insuficiente. A porosidade do material de reforço respirável 30 depende no grau de compressão durante medição e é, portanto preferivelmente medida com o grau de compressão no caso onde a estrutura plissada é formada e com o grau de compressão em que a diferença de pressão total durante operação é aplicada à estrutura plissada,

O diâmetro de linha no caso onde uma rede é usada como o material de reforço respirável 30 é preferivelmente 0,01 mm ou mais e 2 mm ou menor. O limite inferior do diâmetro de linha é mais preferivelmente 0,02 mm 5 ou mais, ainda mais preferivelmente 0,04 mm ou mais, ainda mais preferivelmente 0,06 mm ou mais, e especialmente preferivelmente 0,08 mm ou mais. O limite superior do diâmetro de linha é mais preferivelmente 1 mm ou menor, ainda mais preferivelmente 0,6 mm ou menor, ainda mais preferivelmente 0,4 mm ou menor, e especialmente preferivelmente 0,2 mm ou 10 menor. Quando uma rede é usada com o material de reforço respirável 30, malhas são preferivelmente 2 ou mais e 1000 ou menor. O número de limite inferior de malhas é mais preferivelmente 5 ou mais. O número de limite superior de malhas é mais preferivelmente 100 ou menor, ainda mais preferivelmente 50 ou menor, e ainda mais preferivelmente 30 ou menor. A fim 15 de proteger a membrana de separação de gás 29, um material de reforço respirável fino pode ser provido entre a membrana de separação de gás 29 e o material de reforço respirável 30. Mais preferivelmente, o material de reforço respirável 30 desse tipo ton uma superfície ou ambas as superfícies destas submetidas a um processamento de alisamento.

(Armação de reforço)

A armação de reforço 27 é um material estrutural que é hermeticamente ligado à periferia externa da estrutura plissada 26 para reforçar a estrutura plissada 26 assim construindo o elemento de membrana 2. Mais especificamente, a armação de reforço 27 circunda a periferia exterior da • 25 estrutura plissada 26 com ambos os lados de superfície, isto é, um lado de superfície e o outro lado de superfície, sendo abertos para formar um par de regiões abertas RI e R2 superior e inferior que são hermeticamente separadas entre si. As regiões abertas RI e R2 são cada aproximadamente retangulares.

Uma variedade de materiais, incluindo resmas tais como resina epóxi, metais, e FRP (plásticos reforçados por fibra) podem ser usados para a armação de reforço 27 de acordo com a finalidade. (Membro rígido)

Aqui, em particular na presente forma de realização, o elemento de membrana 2 inclui membros rígidos 32. O membro rígido 32 é formado, por exemplo, de um membro de placa de policarbonato ou similares. Na presente forma de realização, o membro rígido pode receber uma pressão (carga linear de gaxeta) aplicada a uma gaxeta 34 descrita mais tarde. Os membros rígidos 32 estendem-se em direção interseccionando as dobras 31 da estrutura plissada 26 (a direção longitudinal da armação de reforço 27) e estão dispostos na porção aproximadamente do meio das regiões abertas RI e R2 de modo a estarem em contato íntimo com a estrutura plissada 26 nas regiões abertas RI e R2 da armação de reforço 27. Mais especificamente, as regiões abertas Rl e R2 da armação de reforço 27 têm, cada, sua superfície revestida, por exemplo, com o adesivo de resina epóxi elástico (porção de vedação) S, de modo que o membro rígido 32 repousa sobre o revestimento do adesivo S de resina epóxi elástica. Deste modo, os membros rígidos 32 são firmemente fixados à estrutura plissada 26 nas regiões abertas Rl e R2 da armação de reforço 27 com o adesivo S de resina epóxi elástica interposto entre as mesmas. Uma variedade de resinas, materiais de metal, e combinações destes podem ser usados como o membro rígido 32. O membro rígido 32 é preferivelmente um material que é menos deformado quando uma força é aplicada. Mais especificamente, é preferível que a tensão limite de escoamento sob tração ser 5 MP ou mais, o módulo elástico de tração deve ser 100 ou mais, e a tensão de flexão ser 10 ou mais. Mais preferivelmente, a tensão limite de escoamento sob tração é 20 MP ou mais, o módulo elástico de tração é 700 ou mais, e a tensão de flexão é 40 ou mais, Ainda mais preferivelmente, a tensão limite de escoamento sob tração é 50 MP ou mais, o módulo elástico de tração é 1000 ou mais, e a tensão de flexão é 60 ou mais. A tensão limite de escoamento sob tração e o módulo elástico de tração são medidos em conformidade com ISO 527. A tensão de flexão é medida de acordo com ISO 178.

(Porção de vedação)

O adesivo S de resina epóxi elástica funciona como uma porção de vedação que separa o lado de alimentação (região de alimentação) e o lado de escape (região de escape) de gás de entre si em cada das regiões abertas RI e R2 da armação de reforço 27 e forma um trajeto de fluxo para o gás passando 10 através do interior da estrutura plissada 26. Como mostrado em Figura 6, assumindo um piano virtual F em que porções de vértice 3 la da pluralidade das dobras 31 estão dispostas, o adesivo S de resma epóxi elástica é provida como um plano ao longo do plano virtual F nas regiões abertas RI e R2 da estrutura plissada 26.

O adesivo S de resina epóxi elástica é aplicado nas regiões abertas RI e R2 com seu tamanho de largura maior que o tamanho de largura do membro rígido 32. A região de adesão do mesmo ajusta as áreas de uma região de alimentação (porta de alimentação B) e uma região de escape (porta de escapamento E). Em outras palavras, o adesivo S de resina epóxi elástica é provido para se estender do membro rígido 32 em direção à armação de reforço 27 da direção de dobra da estrutura plissada 26.0 lado de alimentação (porta de alimentação B) e o lado de escape (porta de escapamento E) são cada definidos pela armação de reforço 27 e o adesivo S de resina epóxi elástica juntamente com a direção interseccionando as dobras da estrutura plissada 26. A área do - 25 adesivo S de resina epóxi elástica é 5% a 95% nas regiões abertas RI e R2, e a área do lado de alimentação (porta de alimentação B) e o lado de escape (porta de escapamento E) é 5% a 95% nas regiões abertas RI e R2.

O adesivo a ser usado para adesivamente fixar o membro rígido 32 é preferivelmente um material que tem flexibilidade que pode seguir deformação mesmo quando a estrutura plissada é submetida à deformação por uma tensão, que substancialmente não flui, e que pode aliviar a tensão. Exemplos de tal adesivo ou agente de vedação podem incluir resinas de bisfenol epóxi, resinas epóxi alicíclicas, resinas baseadas em silicone, resinas baseadas em uretano, resinas à base acrílica, resinas à base poliolefina, resinas à base de borracha, e resinas de fusão à quente. Esses materiais podem ser usados sozinhos ou podem ser misturadas. Qualquer de um tipo de uma parte, tipo de duas partes, um tipo de solvente, um tipo de não solvente, e um tipo de configuração podem ser usados. Um material inorgânico pode ser adicionado. Um agente de vedação pode ser usado como a porção de vedação.

(Porção de nervura)

Ambas as porções de extremidade na direção longitudinal do membro rígido 32 são suportadas de encontro contra a armação de reforço 27. Em ambos os lados de extremidade na direção de largura do membro rígido 32, um par de porções de nervura 33a e 33b é provido acima. As porções de nervura 33a e 33b são membros de reforço formados, por exemplo, de um material tal como policarbonato para reforçar a resistência (rigidez) do membro rígido 32. Uma variedade de materiais de resina e metal, ou combinações dos mesmos pode ser usados como as porções de nervura 33a e 33b. (Gaxeta)

Na presente forma de realização, a gaxeta 34 repousa sobre a porção superior do membro rígido 32 em contato íntimo com o mesmo. A gaxeta 34 é formada, por exemplo, de borracha de nitrila (NBR). Na presente forma de realização, a gaxeta 34 coopera com o adesivo S de resina epóxi elástica para separar o lado de alimentação e o Mo de escape de gás de entre si em cada das regiões abertas RI e R2 da armação de reforço 27 e forma um trajeto de fluxo para o gás passando através do interior da estrutura plissada 26. A gaxeta 34 tem um formato correspondendo aos formatos do membro rígido 32 e a armação de reforço 27.

<Disposição do elemento de membrana>

Os elementos de membrana 2 tendo a estrutura acima estão 5 dispostos entre a porção de corpo 4 e o par de porções de cobertura 5 e 6 no alojamento 3 como mostrado em Figura 3, Especificamente, a armação de reforço 27 é ensanduichada de encontro contra a porção de suporte de elementos 13 da porção de corpo 4 e de encontro contra as porções de flange 16 e 17 da porções de cobertura 5 e 6, com as gaxetas 34 interpostas entre elas, por meio 10 das quais os elementos de membrana 2 são fixados no alojamento 3. Aqui, as porções de partição 18 e 19 das porções de cobertura 5 e 6 bem como a porção de partição 12 da porção de corpo 4 são posicionadas entre as porções de nervura 33a e 33b do elementos de membrana 2 e estão de encontro contra as gaxetas 34. Deste modo, as gaxetas 34 são pressionadas das porções de partição 15 12,18, e 19 para separar o lado de alimentação (porta de alimentação B) e o lado de escape (porta de escapamento E) de entre si nas regiões abertas RI e R2 da armação de reforços 27. Em outras palavras, a direção de trajeto de fluxo de gás na estrutura plissada 26 é a direção de largura da estrutura plissada 26.

A direção de trajeto de fluxo do gás na estrutura plissada 26, isto é, 20 o elemento de membrana 2 será descrita especificamente com referência à Figura 8. Figura 8 é um diagrama mostrando um exemplo de um trajeto de fluxo de gás no elemento de membrana. Como mostrado em Figura 8, por exemplo, o ar, que é uma mistura de gás a ser separado, alimentado a partir da região de alimentação (porta de alimentação B) da região de abertura RI move-se ao - 25 longo da direção de plissagem (direção de largura) através da estrutura plissada 26 e escapa da região de escape (porta de escapamento E) à medida que o ar enriquecido com nitrogênio em que oxigênio como um gás particular seletivamente permeia através da membrana de separação de gás 29. O gás de lavagem alimentado da região de alimentação (porta de alimentação B) da região de abertura R2 move-se ao longo da direção de plissagem através da estrutura plissada 26 e escapa da região de escape (porta de escapamento E) como o ar enriquecido com oxigênio que é acompanhado por oxigênio 5 seletivamente permeando através da membrana de separação de gás 29.

Um motor de combustão interna instalado com o dispositivo de separação de gás 1 será agora descrito. Figura 9 é um diagrama esquemático mostrando uma configuração de um motor de combustão interna. Como mostrado na figura, um motor de combustão interna 100 é configurado para 10 incluir o dispositivo de separação de gás 1 instalado com o elemento de membrana 2, um compressor 101, um controlador de temperatura 102, uma bomba 103, e um motor a diesel 104. No motor de combustão interna 100, o ar é introduzido do compressor 101 ao controlador de temperatura 102, e o ar tendo a temperatura regulada no controlador de temperatura 102 é alimentado ao 15 dispositivo de separação de gás 1. Então, o ar enriquecido com nitrogênio em que oxigênio é seletivamente permeado na membrana de separação de gás 29 do elemento de membrana 2 do dispositivo de separação de gás 1 é alimentado ao motor a diesel 104.

O ar servindo como um gás de lavagem alimentado da bomba 103 é 20 introduzido ao dispositivo de separação de gás 1 e escapa como o ar enriquecido com oxigênio acompanhado por oxigênio seletivamente permeando através da membrana de separação de gás 29 do elemento de membrana 2. A composição de gás de alimentação a ser alimentada ao motor de combustão interna pode ser ajustada introduzindo vapor de água, água, ácido carbônico gasoso, ou similares * 25 a partir da bomba 103,

Os efeitos e operação do elemento de membrana 2 e do dispositivo de separação de gás 1 instalados com o elemento de membrana 2 de acordo com a presente forma de realização serão agora descritos.

No elemento de membrana 2, a gaxeta 34 está disposta na porção superior do membro rígido 32, e o adesivo S de resina epóxi elástica é aplicado como a porção de vedação na porção inferior do membro rígido 32. Devido a tal configuração, a pressão aplicada à gaxeta 34 pode ser recebida pelo membro, e a pressão pode ser aplicada uniformemente ao adesivo S de resina epóxi elástica pelos membros rígidos 32, de modo que o lado de alimentação e o lado de escape de gás podem ser vedados de modo mais confiável nas regiões abertas RI e R2 da estrutura plissada 26.

Então, enquanto os membros rígidos 32 estão em contato íntimo com as regiões abertas RI e R2, força é exercida uniformemente sobre as regiões abertas RI e R2 com uma pressão de contato suficiente (pressão de vedação), assim vedando de modo confiável o lado de alimentação e o lado de escape de gás nas regiões abertas RI e R2 em ambos os lados de superfície da estrutura plissada 26. Deste modo, um atalho de gás pode ser ainda prevenido. Como um resultado, o desempenho de separação de gás pode ser melhorado.

Ademais, os membros rígidos 32 são adesivamente fixados às regiões abertas RI e R2 da armação de reforço 27 pelo adesivo S de resina epóxi elástica, de modo que os membros rígidos 32 são firmemente fixados à estrutura plissada 26. Consequentemente, a região de alimentação e a região de escape podem ser separadas de entre si de modo confiável, assim evitando um atalho de gás de modo mais confiável.

Além disso, a força exercida no membro rígido 32 é transmitida mais uniformemente ao adesivo S de resina epóxi elástica assim evitando a flexão da estrutura plissada 26. Deste modo, a vedabilidade da região de alimentação e a região de escape pode ser ainda melhorada. Uma vez que o trajeto de fluxo pode ser formado precisamente, o projeto de perda de pressão do trajeto de fluxo toma-se fácil, e o desempenho próximo ao desempenho teórico pode ser procurado.

As áreas da porta de alimentação B (região de alimentação) e a porta de escapamento E (região de escape) de gás para/do interior da estrutura plissada 26 podem ser ajustadas pela região revestida com o adesivo S de resina epóxi elástica para adesivamente fixar o membro rígido 32. Portanto, a quantidade de alimentação de gás para o interior da estrutura plissada 26 pode ser ajustada com uma estrutura simples, e a vedabilidade pode ser assegurada. A área do adesivo S de resina epóxi elástica pode ser configurada para 5% a 95% das regiões abertas Rl e R2, considerando que as áreas da região de alimentação e da região de escape podem ser otimizadas em separação de gás.

No elemento de membrana 2, a gaxeta 34 repousa sobre o membro rígido 32. Esse membro rígido 32 é suportado de encontro contra a armação de reforço 27 na direção interseccionando as dobras 31 da estrutura plissada 26 em que o lado de alimentação e o lado de escape de gás são separados entre si. Uma vez que o membro rígido 32 é disposto (te modo a ser suportado de encontro contra a armação de reforço 27, a rigidez do membro rígido 32 pode ser assegurada. Então, a tensão exercida sobre o membro rígido 32 não é distribuída para a estrutura plissada 26, mas é distribuída para a armação de reforço 27, de modo que a rigidez do elemento de membrana 2 como um todo pode ser assegurada. Portanto, quando a região de alimentação e a região de escape são separadas entre si, mesmo se o membro rígido 32 recebe uma força, é suportado pela armação de reforço 27, assim evitando distorção da estrutura plissada 26 mais. Deste modo, pressão de contato acima da suficiente pode ser assegurada sem deformação do trajeto de fluxo de gás. Como um resultado, o desempenho de separação de gás do elemento de membrana 2 pode ser ainda melhorado.

Além disso, a força aplicada à gaxeta 34 e a força sobre o adesivo S de resina epóxi elástica em contato próximo com a estrutura plissada 26 pode ser recebida pelo membro rígido 32, assim evitando flexão da estrutura plissada 26. Portanto, uma pressão de contato suficiente pode ser assegurada como comparado com uma configuração em que a gaxeta 34 está diretamente de encontro contra a estrutura plissada 26.

A presente forma de realização inclui as porções de nervura 33a e 33b que se estendem ao longo da direção longitudinal do membro rígido 32 e são providas acima no membro rígido 32 na direção de altura da estrutura plissada 26. Assim, a provisão das porções de nervura 33a e 33b ao longo do membro rígido 32 pode evitar a flexão do membro rígido 32, Como resultado, flexão da estrutura plissada 26 pode ainda ser evitada. Portanto, uma pressão de contato ainda suficiente pode ser assegurada, evitando assim outro atalho.

Figura 10 é uma vista em seção transversal de um dispositivo convencional de separação de gás. Como mostrado em Figura 10, um dispositivo convencional de separação de gás 50 é configurado para incluir dois elementos de membrana 52 e 53 com suas superfícies de topo opondo-se, um par de placas de pressão 54 e 55 ensanduichando os dois elementos de membrana 52 e 53 do lado de superfície de fundo, canos 56 e 57 alimentando e escapando uma mistura de gás para a superfície de topo lado primário dos elementos de membrana 52 e 53, e vias de fluxo de lado secundário 58 e 59 para descarregar o gás transmitido através de e escapando das membranas de separação de gás dos elementos de membrana 52 e 53. Meio de controle de trajeto de fluxo 62 separa a região de alimentação da região de escape.

Nesse dispositivo de separação de gás 50, uma mistura de gás fluindo através do cano de lado de alimentação 56 é alimentada ao lado primário dos elementos de membrana 52 e 53, e quando uma mistura de gás fluindo através das regiões de lado primário dos elementos de membrana 52 e 53 escapa para o cano de lado de escape 57, a mistura de gás tem de passar através de passagens estreitas como fendas 60 e 61. Deste modo, um fluxo de constrição e um fluxo de difusão podem ser produzidos, e a perda de pressão pode ser aumentada. Ademais, quando a mistura de gás fluindo através do cano de lado de alimentação 56 é alimentada ao lado primário dos elementos de membrana 52 e 53, e quando a mistura de gás fluindo através das regiões de lado primário do elementos de membrana 52 e 53 é escapada para o cano de lado de escape 57, um fluxo de vórtice pode ser produzido porque o trajeto através do qual a mistura de gás flui é dobrado. Portanto, a perda de pressão provavelmente aumenta, sendo possível levar à redução de separação de gás e eficiência de condensação.

Além disso, no dispositivo de separação de gás 50, o meio de controle de trajeto de fluxo (porção de esponja) 62 está em contato mecânico com a estrutura plissada. Portanto, parte do gás introduzido do cano de lado de alimentação 56 faz um atalho (circuito pequeno) entre a estrutura plissada e o meio de controle de trajeto de fluxo 62. Consequentemente, o desempenho de separação de gás é prejudicado.

Ademais, o meio de controle de trajeto de fluxo 62 é reduzido em resistência mecânica sobre uso de longo prazo, e a vedabilidade é deste modo deteriorada. Portanto, o desempenho de separação de gás é reduzido com o passar do tempo. Além disso, a tensão do meio de controle de trajeto de fluxo 62 para a estrutura plissada deforma os plissados, de modo que a perda de pressão na entrada ou interior das dobras é aumentada enquanto o desempenho de separação de gás é reduzido.

Por contraste, no dispositivo de separação de gás 1, a passagem de lado primário PI e a passagem de lado secundário P2 estão dispostas para serem opostas entre si de modo a ensanduichar o elemento de membrana 2. Com tal configuração, a porção de comunicação de lado primário LI através da qual a mistura de gás fluindo através da passagem de lado primário PI passa quando sendo alimentada ao lado primário do elemento de membrana 2 é formada em um formato correspondendo ao formato da passagem de lado primário Pl. A porção de comunicação de lado secundário L2 através da qual o gás particular e o gás de lavagem escapando do lado secundário do elemento de membrana 2 passam quando escapando para a passagem de lado secundário P2 é também formada em um formato correspondendo à passagem de lado secundário P2.

Portanto, quando comparado com a configuração convencional em 5 que os canos 56 e 57 para alimentar um mistura de gás estão dispostos à direita e à esquerda dos dois elementos de membrana 52 e 53 dispostos acima e abaixo, isto é, na configuração em que gás passa através das passagens estreitas 60 e 61 em um modo dobrado para ser alimentado aos elementos de membrana 52 e 53 ou escapado dos elementos de membrana 52 e 53, é possível suprimir um fluxo de constrição, um fluxo de extensão, e um fluxo de vórtice durante passagem através da porção de comunicação de lado primário LI e a porção de comunicação de lado secundário L2. Como um resultado, redução de perda de pressão e melhoria de desempenho de separação de gás podem ser alcançadas.

No dispositivo de separação de gás 1, a razão em largura da porção 15 de comunicação de lado primário LI e a porção de comunicação de lado secundário L2 para as regiões abertas Rl e R2 do elemento de membrana 2 podem ser projetadas livremente. No entanto, no dispositivo convencional de separação de gás 50 mostrado em Figura 10, a passagem 60 é mais estreita que a região de alimentação do elemento de membrana 52, e a passagem 61 é mais estreita que a região de escape do elemento de membrana 52. Em outras palavras, no dispositivo convencional de separação de gás, o diâmetro da porção de comunicação no lado de alimentação (ou o lado de escape) é mais estreito que a região de alimentação (ou a região de escape) do elemento de membrana, de modo que uma perda de pressão facilmente ocorre. Por contraste, o 25 dispositivo de separação de gás 1 da presente invenção com a configuração descrita acima pode reduzir uma perda de pressão como comparado com o dispositivo convencional de separação de gás 50. Consequentemente, a separação de gás/eficiência de condensação pode ser melhorada.

No dispositivo convencional de separação de gás 50 mostrado em Figura 10, os canos 56 e 57 para alimentar ou fazer escapar a mistura de gás são providos para se projetar para frente à esquerda e à direita dos elementos de membrana 52 e 53, Consequentemente, o tamanho na direção de largura é aumentado, e espaços desnecessários são formados em espaços entre os canos 56 e 57 e os elementos de membrana 52 e 53. Portanto, por exemplo, em um recinto de motor em que o dispositivo de separação de gás 50 é disposto, é necessário reservar um espaço para projeção dos canos 56 e 57. Por contraste, o dispositivo de separação de gás 1 emprega uma configuração em que a passagem de lado primário PI e a passagem de lado secundário P2 estão dispostas para estar opostas entre si de modo a ensanduichar o elemento de membrana 2. Portanto, os canos 56 e 57 para alimentar a mistura de gás não se projetam paia a esquerda e a direita dos elementos de membrana 52 e 53 como no dispositivo convencional de separação de gás 50, de modo que a passagem de lado primário PI e a passagem de lado secundário P2 podem estar contidas dentro do tamanho na direção de largura do elemento de membrana 2, Portanto, uma redução de tamanho (redução em volume) pode ser conseguida com uma perda de pressão sendo reduzida. Deste modo, a disposição em um espaço de motor limitado em um navio ou similar toma-se possível.

Na presente forma de realização, as porções de alimentação de lado primário Kl são ensanduichadas entre o par de elementos de membrana 2 dispostos tal que os lados primários dos mesmos estão face a face. O par de porções de escape de lado secundário K2 são providos no lado secundários do par de elementos de membrana 2 tal que as passagens de lado secundário P2 estão dispostas para estar opostas às passagens de lado primário Pl. Consequentemente, com as porções de alimentação de lado primário Kl no centro, os elementos de membrana 2 e as porções de escape de lado secundário K2 estão cada dispostas nessa ordem. Em outras palavras, a mistura de gás introduzida para as porções de alimentação de lado primário Kl são submetidas à separação/condensaçào através dos dois elementos de membrana 2. Portanto., a eficiência de separação/condensação de gás pode ser melhorada.

O diâmetro interno da passagem de lado primário PI é aproximadamente igual aos diâmetros internos do cano de entrada 14 e do cano de escape 15 na passagem de lado primário PI. Portanto, quando uma mistura de gás é introduzida do cano de entrada 14 para passagem de lado primário PI e quando uma mistura de gás é escapada do cano de escape 15 após um gás particular ser separado, um fluxo de constrição ou um fluxo de difusão pode ser suprimido. Portanto, uma perda de pressão pode ser ainda reduzida.

O dispositivo de separação de gás 1 emprega uma configuração em que a passagem de lado primário Plea passagem de lado secundário P2 estão dispostas para estar opostas entre si de modo a ensanduichar o elemento de membrana 2. Portanto, os canos para alimentar uma mistura de gás não se projetam para esquerda e direita para os elementos de membrana como no dispositivo convencional de separação de gás, e a passagem de lado primário PI e a passagem de lado secundário P2 podem estar contidas dentro do tamanho na direção de largura do elemento de membrana.

No dispositivo convencional de separação de gás, quando a abertura da passagem de tipo fenda é formada para ser grande a fim de suprimir um fluxo de constrição e um fluxo de difusão e alcançar uma redução em perda de pressão equivalente àquela do dispositivo de separação de gás da presente invenção, o tamanho na direção de altura é aumentado. Por contraste, no dispositivo de separação de gás 1, redução de tamanho pode ser alcançada enquanto uma perda de pressão é reduzida.

[Segunda forma de realização]

Um elemento de membrana de acordo com uma segunda forma de realização será agora descrito. Figura 11 é uma vista em seção transversal de um dispositivo de separação de gás instalado com elementos de membrana de acordo com uma segunda forma de realização. Como mostrado em Figura 11, elementos de membrana 2A instalados em um dispositivo de separação de gás 1A diferem da primeira forma de realização no formato de gaxetas 35.

Especificamente, como mostrado em Figura 11, a gaxeta 35 no elemento de membrana 2A é achatada na seção transversal. A gaxeta 35 repousa sobre o membro rígido 32 e tem uma ranhura 36 provida ao longo da direção longitudinal. O tamanho de largura da ranhura 36 da gaxeta 35 é equivalente ao tamanho de largura da porção de partição 12 da porção de corpo 4 e as porções 10 de partição 18 e 19 das porções de cobertura 5 e 6. Deste modo, a porção de partição 12 da porção de corpo 4 e as porções de partição 18 e 19 das porções de cobertura 5 e 6 são inseridas em contato íntimo na ranhura s 36 das gaxetas 35.

No elemento de membrana 2A tendo tal configuração, a gaxeta 35 repousa sobre o membro rígido 32, e o adesivo S de resina epóxi elástica é 15 provido entre o membro rígido 32 e a estrutura plissada 26, em um modo similar ao elemento de membrana 2 na primeira forma de realização. Consequentemente, o lado de alimentação (lado à montante) e o lado de escape (lado à jusante) de gás nas regiões abertas Rl e R2 em ambos os lados de superfície da estrutura plissada 26 podem ser vedados de modo confiável, assim 20 evitando um atalho de gás. Como um resultado, o desempenho de separação de gás pode ser melhorado.

[Terceira forma de realização]

Um elemento de membrana de acordo com uma terceira forma de realização será agora descrito. Figura 12 é uma vista em seção transversal de um 25 dispositivo de separação de gás instalado com elementos de membrana de acordo com a terceira forma de realização. Como mostrado em Figura 12, elementos de membrana 2B da terceira forma de realização instalada em um dispositivo de separação de gás 1B diferem da primeira e da segunda formas de realização no formato de gaxetas 37.

Especificamente, como mostrado em Figura 12, a gaxeta 37 no elemento de membrana 2B tem formato de T em seção transversal. A gaxeta 37 é configurada com uma porção de repouso 37a repousando sobre o membro rígido 5 32 e uma porção vertical 37b provida acima na porção de repouso 37a. Então, a porção de extremidade de mais alta da porção vertical 37b tem o tamanho de largura aumentando ascendentemente a partir da porção de repouso 37a.

Em conexão com as gaxetas 37 dessa maneira, porções de partição 38a, 38b, 39a, 39b, 40a, e 40b correspondendo às gaxetas 37 são providas em 10 uma porção de corpo 4A e porções de cobertura 5A e 6A. Especificamente, o par de porções de partição 38a e 38b são providos na direção interseccionando a placa divisória 8 na porção de corpo 4A. A distância entre o par de porções de partição 38a e 38b é equivalente ao tamanho de largura da porção de extremidade mais alta da porção vertical 37b da gaxeta 34. Similarmente, os 15 pares de porções de partição 39a e 39b, e 40a e 40b são providos no interior das porções de cobertura 5A e 6A. A distancia entre as porções de partição 39a e 39b e a distância entre as porções de partição 40a e 40b são equivalentes ao tamanho de largura da porção de extremidade de mais alta da porção vertical 37b da gaxeta 34. Portanto, as gaxetas 37 estão em contato íntimo com as porções de 20 partição 38a, 38 b, 39a, 39b, 40a, e 40b.

No elemento de membrana 2B tendo tal configuração, a gaxeta 37 repousa sobre o membro rígido 32, e o adesivo S de resina epóxi elástica é provido entre o membro rígido 32 e a estrutura plissada 26, de um modo similar ao elemento de membrana 2 na primeira forma de realização. . 25 Consequentemente, o lado de alimentação (lado à montante) e o lado de escape (lado à jusante) de gás nas regiões abertas RI e R2 em ambos os lados de superfície da estrutura plissada 26 podem ser vedados confiavelmente, assim evitando um atalho de gás. Como um resultado, o desempenho de separação de gás pode ser melhorado.

Deve ser notado que a presente invenção não é limitada às formas de realização antecedentes. Por exemplo, na forma de realização antecedente, no dispositivo de separação de gás 1, os elementos de membrana 2 são acomodados no alojamento 3 tendo o par de porções de cobertura 5 e 6 providas acima e abaixo da porção de corpo 4. No entanto, o alojamento acomodando os elementos de membrana 2 pode ter uma configuração como mostrado em Figura 13, por exemplo.

Figura 13 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás de acordo com uma modificação. Como mostrado em Figura 13, um alojamento 3B em um dispositivo de separação de gás 1C é configurado com uma porção de corpθ 4B e uma porção de cobertura 5B. Mais especificamente, no dispositivo de separação de gás 1 na forma de realização antecedente, os dois elementos de membrana 2 estão dispostos para ensanduichar as passagens de lado primário PI entre eles, e as passagens de lado secundário P2 estão dispostas para estar opostas entre si na direção ascendente e descendente das mesmas. No dispositivo de separação de gás 1, os elementos de membrana (não mostrados) estão dispostos na porção de corpo 4B em que a passagem de lado primário é formada, e a porção de cobertura 5B em que a passagem de lado secundário é formada está disposta na porção superior da porção de corpo 4B. Deste modo, o dispositivo de separação de gás 1C é reduzido na direção de altura como comparado com o dispositivo de separação de gás 1. A configuração da porção de corpo 4B, da porção de cobertura 5B, da passagem de lado primário, da passagem de lado secundário, e do elemento de membrana é similar à configuração das formas de realização antecedentes. O dispositivo de separação de gás 50 também alcança os efeitos e operação similares às no dispositivo de separação de gás 1.

Nas formas de realização antecedentes, o cano de entrada 14 e o cano de escape 15 estão dispostos lado a lado na porção de corpo 4. No entanto, a posição de fixação do cano de entrada 14 e do cano de escape 15 não é limitada à mesma. Por exemplo, uma configuração como mostrada em Figura 14 pode ser empregada,

Figura 14 é uma vista de topo de uma porção de corpo de acordo com uma modificação. Como mostrado em Figura 14, em uma porção de corpo 4C, o cano de entrada 14 é provido no lado de parede interna 9c da porção de corpo 4C, e um cano de escape 41 é provido no lado de parede interna 9d da porção de corpo 4C. Mais especificamente, o cano de entrada 14 e o cano de 10 escape 41 são providos na porção de corpo 4C tal que suas aberturas opõem-se em direções opostas entre si na direção longitudinal da porção de corpo 4C.

Nas formas de realização antecedentes, os canos de entrada 22 e 23 e os canos de escape 24 e 25 estão dispostos lado a lado nas porções de cobertura 5 e 6. No entanto, a posição de fixação dos canos de entrada 22 e 23 e 15 dos canos de escape 24 e 25 não é limitada à mesma. Por exemplo, uma configuração como mostrada em Figura 15 pode ser empregada.

Figura 15 é uma vista de topo de uma porção de cobertura de acordo com uma modificação. Como mostrado em Figura 15, em uma porção de cobertura 5C, o cano de entrada 22 é provido no lado de parede interna 43a da 20 porção de cobertura 5C, e um cano de escape 42 é provido no lado de parede interna 43b da porção de cobertura 5C. Mais especificamente, o cano de entrada 22 e o cano de escape 42 são providos na porção de cobertura 5C tal que suas aberturas opõem-se em direções opostas entre si na direção longitudinal da porção de cobertura 5C.

O dispositivo de separação de gás tendo a configuração descrita acima alcança os efeitos e operação similares aos no dispositivo de separação de gás 1, exceto em que difere do dispositivo de separação de gás 1 apenas na direção em que a mistura de gás escapa após um gás particular (oxigênio) escapado do cano de escape ser separado, e na direção em que o gás de lavagem acompanhado pelo gás particular escapado do cano de escape é escapado. A configuração como descrita acima pode ser modificada como apropriado de acordo o formato de um recinto de motor, por exemplo, em que o dispositivo de separação de gás está disposto.

Um anel em O pode ser usado como a gaxeta. Mais especificamente, qualquer gaxeta pode ser usada desde que ela separe o lado de alimentação e o lado de escape de gás entre si nas regiões abertas RI e R2 da armação de reforço 27 para formar passagens passando através do interior da estrutura plissada 26.

Nas formas de realização antecedentes, o membro rígido 32, a gaxeta 34, e o adesivo S de resina epóxi elástica como a porção de vedação são providos separadamente de cada outro. No entanto, a gaxeta 34 e o adesivo S de resina epóxi elástica podem ser firmemente integrados com o membro rígido 32.

Nas formas de realização acima, o dispositivo de separação de gás 1 faz escapar o ar enriquecido com nitrogênio deixando o ar como uma mistura de gás passar através da membrana de separação de gás 29 na estrutura plissada 26 do elemento de membrana 2 e deixando oxigênio como um gás particular seletivamente passar através de, e escapar o ar enriquecido com oxigênio alimentando o gás de lavagem. No entanto, o dispositivo de separação de gás 1 pode ser usado como um umidificador. Especificamente, por exemplo, com o lado primário do elemento de membrana 2 servindo como um trajeto de fluxo de lado molhado e o lado secundário da mesma servindo como um trajeto de fluxo de lado seco, vapor d’agua é passado através do elemento de membrana 2, assim umidificando e desumidificando um gás.

Figura 16 é uma vista em perspectiva mostrando uma vista externa de um dispositivo de separação de gás de acordo com uma modificação. Figura 17 é uma vista em perspectiva transversal do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 16, e Figura 18 é uma vista em perspectiva explodida do dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 16.

Como mostrado em Figura 16 e Figura 17, em um dispositivo de separação de gás 1D, uma porção de corpo 4D é ligada a uma porção de cobertura 5D para integralmente formar um alojamento 3D. Então, como mostrado em Figura 18, o membro rígido 32 tem uma ranhura e é ligado a ou fundido com a porção de partição da porção de cobertura 5D ou a porção de corpo 4D. Isso elimina a necessidade para uma gaxeta. Com tal configuração, um dispositivo de separação de gás compacto pode ser implementado.

O dispositivo de separação de gás 1D mostrado em Figura 16 ate a Figura 18 pode ser incorporado em um sistema de separação de gás 113 mostrado em Figura 19. No sistema de separação de gás 113 mostrado em Figura 19, a separação de gás é efetuada introduzindo um gás de um cano de alimentação 111 ao cano de entrada de cada dispositivo de separação de gás 1D. Então, o gás que escapa do cano de escape de cada dispositivo de separação de gás 1D é enviado a um cano de escape 112.

Esse sistema de separação de gás 113 é apropriado quando uma grande quantidade de gás é submetida à separação de gás. Por exemplo, é apropriado para separação de gás efetuada para alimentar o ar enriquecido com nitrogênio para um motor a diesel grande de um navio ou similar.

No sistema de separação de gás 113, substituição do dispositivo de separação de gás 1D é fácil. O cano de entrada e o cano de escape do dispositivo de separação de gás 1D serve como acopladores fêmea (macho) enquanto o dispositivo de separação de gás tem acopladores macho (fêmea), assim facilitando fixação e são removíveis com uma operação simples.

No geral, quando separação de gás é efetuada, o interior do dispositivo de separação de gás (dentro do alojamento) é pressurizado, e o alojamento é assim expandido. No sistema de separação de gás 113, o dispositivo de separação de gás ID é inserido em uma armação, de modo que a expansão do dispositivo de separação de gás 1D pode ser suprimida pela armação. Portanto, o alojamento pode não ser formado de um membro robusto, mas pode ser produzido a partir de um elemento macio.

Exemplos

A forma de realização da presente invenção é descrita de modo específico por exemplos de ilustração e um exemplo comparativo. A realização não é limitada aos exemplos abaixo desde que não saia do espírito da invenção.

[Exemplo 1]

Um sistema de separação de gás 81 mostrado em Figura 20 foi operado para gerar o ar enriquecido com nitrogênio do ar. O sistema de separação de gás 81 mostrado em Figura 20 tem o dispositivo de separação de gás 1 instalado com o elemento de membrana 2. O dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 13 foi usado como o dispositivo de separação de gás 1.

Primeiro, um método de operar o sistema de separação de gás 81 será descrito . Ar F1 introduzido do cano de entrada do dispositivo de separação de gás 1 passa através do lado de alimentação do elemento de membrana 2 para alcançar o lado de escape e escapa do cano de escape do dispositivo de separação de gás 1. Então, enquanto o ar passa através do elemento de membrana 2, separação de gás é efetuada, de modo que oxigênio difunda e permeie para o lado oposto da membrana de separação de gás. Então, ar enriquecido com nitrogênio F2, que é o ar em que oxigênio é reduzido, escapa do cano de escape do dispositivo de separação de gás 1.

Ar F3 introduzido a partir do cano de entrada para o gás de lavagem é acompanhado por oxigênio permeando e difundindo através da membrana de separação de gás e escapa como ar enriquecido com oxigênio F4 do cano de escape para o gás de lavagem. O gás de lavagem é alimentado a partir de uma bomba 82 ao cano de entrada para o gás de lavagem.

O elemento de membrana será agora descrito. O elemento de: membrana 2 mostrado em Figura 4 foi usado como o elemento de membrana 2.

Como a membrana de separação de gás, uma membrana, plana de 90 μm de espessura servindo como a camada de suporte em que uma membrana .5 microporosa de polietersulfona foi formada em um pano não tecido foi revestido com um fluorpolímero "Teflon (R) AF1600" (fabricado por DuPont). Um: espaçàdor de tecelagem simples formado de multifilamentos de ppliéster de tipo: fundido em interseção foi usado como o material de reforço respirável (ver Figura 7). A membrana de separação de gás foi ensanduichada entre os materiais 10 de reforço respiráveis e plissada por um dispositivo de plissagem.

A estrutura plissada da membrana de: separação de gás foi circundada com uma armação de reforço de policarbonato e vedada com resina epóxi por um método de centrífuga, Então, o elemento de membrana foi fabricado usando o adesivo de resina epóxi elástico como a porção de vedação e 15 usando resina epóxi como o membro rígido. Nervuras foram fixadas no membro rígido, e um anel em O foi colocado como uma gaxeta sobre o membro rígido e a armação de reforço. O elemento de membrana foi deste modo fabricado.

A avaliação do desempenho de separação de gás do dispositivo de separação de gás será agora descrita, A pressão, taxa de fluxo, e concentração de 20 oxigênio do ar enriquecido com nitrogênio escapado do cano dé escape do dispositivo de separação de gás 1 foram medidas usando um calibre de pressão. 83, um medidor de fluxo 84, e um analisador de oxigênio 85, respectivamente. JKO-25LJH fabricado por JJKCO Ltd. foí usado como o analisador de: oxigênio 85. O ar introduzido ao dispositivo de separação de gás tem uma concentração 25 de oxigênio de 20,9% com 2Ó0 kPaG (pressão manométrica) na temperatura ambiente. O resultado é mostrado em Tabela 1.

[Exemplo 2]

Um elemento de membrana foi fabricado em um modo similar como Exemplo 1 exceto que uma membrana plana de 20um de espessura em que uma membrana mícroporosa à base de poli-a-olefína foi formada em um pano não tecido foi usada como a camada de suporte da membrana de. separação de gás. O resultado é mostrado em Tabela 1.

[Exemplo comparativo .1]

Operação foi conduzida sob as mesmas condições comO; Exemplo 1 exceto que o dispositivo de separação de gás 50 mostrado em Figura 10 foi usado como o dispositivo de separação de gás. O resultado é dado em Tabela 1.

No dispositivo de separação de gás mostrado em Figura 10, a estrutura plissada tendo a mesma membrana de separação de gás como Exemplo 1 foi usado. Uma esponja de espuma de célula fechada de uretano foi usada como o meio de controle de trajeto de fluxo 62 (ver Figura 10). [Tabela 1]

Em.ExempIo comparativo 1 quando comparado com Exemplo 1, o rendimento do ar enriquecido com nitrogênio foi reduzido,, e a concentração de oxigênio no ar enriquecido com nitrogênio não foi diminuída. Além disso,, em Exemplo comparativo 1 quando comparado com Exemplo 1, a perda de pressão foi elevada.

Lista de sinais de referência Dispositivo de separação de gás L elemento de membrana 2, estrutura, plissada 26, armação, de reforço 27, membro rígido 32, porção de nervura 33 a, 33b (nervura), porta de alimentação B (região de alimentação), plano virtual F, porta de escapamento E (região de escape), região de abertura RI, R2; adesivo S de resina epóxi elástico (porção de vedação).

Claims

1. Elemento de membrana (2) compreendendo uma estrutura plissada (26) formada dobrando um substrato de membrana de separação de gás tipo folha (28); e uma armação de reforço (27) circundando a estrutura plissada (26) com ambos os lados da estrutura plissada (26) sendo abertos, caracterizado pelo fato de que um membro rígido (32) disposto em uma direção interseccionando uma dobra da estrutura plissada (26), e uma porção de vedação (S) provida entre o membro rígido (32) e a estrutura plissada (26) são providos em pelo menos uma de regiões abertas da estrutura plissada circundada pela armação de reforço, as regiões abertas (Rl, R2) são separadas em uma região de alimentação de gás (B) e uma região de escape de gás (E) pela porção de vedação (S).

2. Elemento de membrana (2) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de vedação (S) é um adesivo ou um agente de vedação.

3. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, quando se assume que existe um plano virtual formado por vértices de pelo menos duas dobras nas regiões abertas da estrutura plissada, a porção de vedação é provida ao longo do plano virtual.

4. Elemento de membrana (2) de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a porção de vedação (S) é provida como um plano ao longo do plano virtual (F).

5. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a porção de vedação é provida para estender do membro rígido em direção à armação de reforço em uma direção de dobra da estrutura plissada; a região de alimentação de gás e a região de escape de gás são separadas respectivamente ao longo de uma direção interseccionando a dobra pela armação de reforço e a porção de vedação em ambos os lados da direção de dobra nas regiões abertas.

6. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma área da porção de vedação ocupa 5% a 95% das regiões abertas.

7. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o membro rígido (32) é fixado à armação de reforço (27).

8. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de compreender uma nervura (33a, 33b) que se estende em uma direção longitudinal do membro rígido (32) e é provida ereta sobre o membro rígido (32) em uma direção de altura da estrutura plissada (26).

9. Elemento de membrana (2) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o membro rígido (32) e a porção de vedação (S) são providos em duas regiões abertas (Rl, R2) da estrutura plissada (26) circundada pela armação de reforço (27); as regiões abertas (Rl, R2) são separadas em uma região de alimentação de gás (B) e uma região de escape de gás (E) pela porção de vedação (S).

10. Dispositivo de separação de gás (1), caracterizado pelo fato de compreender o elemento de membrana (2) conforme qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Motor de combustão interna (100), caracterizado pelo fato de compreender o dispositivo de separação de gás conforme reivindicação 10.