BRPI0706413B1

BRPI0706413B1 - Top plate

Info

Publication number: BRPI0706413B1
Application number: BRPI0706413-6A
Authority: BR
Inventors: Heggemann Robert; Siekaup Rolf
Original assignee: White Fox Technologies Limited
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2017-12-12
Also published as: WO2007076855A3; US20150093672A1; CA2636045A1; EA013987B1; DE112007000530A5; US9692080B2; CN101365528A; EP1973634A2; EA200801628A1; JP2009522736A; DE102006000984A1; WO2007076855A2; EP1973634B1; CA2636045C; US20090004538A1; US8834717B2; BRPI0706413A2

Abstract

placa de topo. a presente invenção refere-se a uma placa de tipo (4), que fixa pela extremidade e fecha de modo vedante um feixe de tubos (1) com uma série de tubos (2) especialmente porosos e que apresentam uma membrana, é previsto que a placa de topo (4) seja constituída de um metal ou de uma liga metálica com temperatura de fundição mais baixa do que a menor temperatura de falha de um material de tubo e/ou da membrana.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PLACA DE TOPO". A presente invenção refere-se a uma placa de topo, que fixa pela extremidade um feixe de tubos com uma série de tubos, especialmente porosos, que apresentam uma membrana e os fecha de modo vedante.

Tubos desse tipo mencionado, por exemplo provetas, capilares ou similares de um material sintético, de um composto de material sintético, eventualmente também com uma construção em camadas, de uma cerâmica ou de um metal, encontram empregos multíplices.

Por exemplo, no caso de células de combustível, o transporte de um componente de combustível ocorre nesses tubos de um feixe de tubos, e por isso, um tubinho desse tipo dimensionado como microrreator geralmente também é munido de uma membrana, através da qual são separados os componentes de combustível que reagem entre si.

Um outro campo de aplicação desse tipo de feixe de tubos é o refino de combustível de materiais a partir de materiais desenvolvidos biologicamente, como por exemplo, de bioetanol. Quando o bioetanol percorrer um tubo que forme uma membrana semipermeável, a água existente no bioetanol será retirada através da membrana.

Nesses feixes de tubos, ocorre basicamente o problema de a-garrar estes pelas extremidades e de fechá-los. O assim chamado "potting1, isto é, encaixar entre si as extremidades desse feixe de tubos, especialmente também para um fechamento vedante em relação a uma caixa, a uma tubulação ou similar, ocorre geralmente por meio de técnicas de fundição com resina sintética, por exemplo com resina de epóxi, as quais, no entanto, não deixam de ser problemáticas. Nesse sentido, coeficientes de dilatação térmica diferentes, a uma temperatura de trabalho de até 150QC no caso de células de combustível de baixa temperatura, respectivamente até 250SC no caso de células de combustível de temperatura média, levam a consideráveis esforços térmicos que podem causar rupturas, permeabilidade e similares, mais na região da placa de topo, o que geralmente tem como consequência uma falha de todo o dispositivo.

Perante esse plano de fundo técnico, a invenção tem como objetivo disponibilizar uma placa de topo que possa ser sujeitada mecanicamente a cargas elevadas, que possa fixar com segurança cada um dos tubos do feixe de tubos e que possa ser projetada de modo a manter a vedação.

Surpreendentemente, foi comprovado que essa problemática técnica é resolvida por meio de uma placa de topo segundo a reivindicação 1, na qual consta que a placa de topo é constituída por um metal ou por uma liga metálica de uma temperatura de fundição mais baixa do que a temperatura de falha de um material de tubo e/ou da membrana.

Metais, soldas ou ligas metálicas de baixa fundição geralmente são extremamente frágeis e apresentação granulação grossa depois do enri-jecimento de sua massa fundida. Geralmente isso é acompanhado de uma grande instabilidade mecânica. Por isso, esses materiais geralmente são inadequados para fixar pela extremidade os tubos individuais, especialmente os de diâmetros menores, de um feixe de tubos e fechá-los de modo vedado.

No entanto, por meio da invenção é possível disponibilizar metais e/ou ligas metálicas de baixa temperatura de fundição que consigam alcançar isso. Isso especialmente também no que se refere a diâmetros inteiramente diferentes de um tubo do feixe de tubos, diâmetros estes que geralmente podem se mover desde menos que 1 mm até a faixa de centímetros.

Na seleção do metal ou da liga metálica é considerável a sua temperatura de fundição, que por sua natureza tem que ser menor do que a temperatura de falha de um material de tubo, respectivamente de uma membrana, e por outro lado, porém, tem que ser mais elevada do que a temperatura de operação de um dispositivo pronto. Geralmente isso pode ser conseguido quando a temperatura de fundição se situar entre 1002C, especialmente 120°C, e 250°C.

De preferência, pode ser empregado como metal o bismuto, também chamado de wismut, símbolo químico Bi, ou então a liga apresenta bismuto.

Bismuto é um metal pesado vermelho e amarelo, brilhante e moderadamente duro. Similar à água, o bismuto revela na fundição uma contração de volume e se expande no enrijecimento em torno de 3,32 %. Devido a isso, ao ocorrer um resfriamento, o bismuto e massas fundidas contendo bismuto penetram excepcionalmente também nos mínimos espaços intermediários entre os tubos de um feixe de tubos. Além disso, o bismuto é bastante resistente quimicamente. Nesse sentido, por exemplo, ele não é solúvel em ácidos não oxidáveis.

No entanto, o ponto de fundição do bismuto puro situa-se em 271,3 QC e, portanto, demasiadamente elevado para muitas aplicações. Por isso, é preferível o emprego de uma liga de bismuto, cujo ponto de fundição possa ser nitidamente reduzido, quando uma liga desse tipo contiver cerca de 14 % a 60 % de bismuto, 20 % a 30 % de chumbo ou até 40 % de estanho ou também antimônio, cádmio, índio, zinco, telúrio, mercúrio ou tálio.

Especialmente no caso das finalidades de aplicação explicadas detalhadamente ao início, é preferível, no entanto, que a liga ou o metal seja livre de chumbo.

Uma liga preferida é uma liga eutética de bismuto-estanho, cujo ponto de fundição se situe em 138 °C e que apresente uma densidade de 8,58 g/cm3.

De modo vantajoso, os metais de uma liga eutética no estado líquido são totalmente misturáveis e uma massa fundida enrijece como uma substância pura no caso de uma temperatura uniforme. Ao ocorrer o enrijecimento, os componentes se desagregam e se cristalizam um ao lado do outro sob uma forma cristalina fina, isto é, na estrutura eutética. Também é vantajoso o fato de que um eutético apresenta o mais baixo ponto de enrijecimento ou de fundição possível no sistema de substâncias considerado, designado de temperatura eutética ou de ponto eutético no diagrama de fundição correspondente.

Geralmente, um material de tubo é um material sintético, especialmente um polímero, sendo que se pensa especialmente em que também uma membrana é uma membrana de polímero. A temperatura de falha, na qual não é dada mais uma funcionalidade do tubo, respectivamente da membrana, situa-se muitas vezes pouco abaixo de 200 °C, de tal modo que esse tubo de polímero, respectivamente essa membrana de polímero, seguramente não seja danificado pela massa fundida de metal, respectivamente pela massa fundida da liga.

Alternativamente, um tubo especialmente poroso pode ser constituído de uma cerâmica e/ou de um metal, especialmente de um sinterizado de metal. Tais tubos são os mais apropriados para receber uma camada de zeólito, que forma uma membrana. Devido à sua estrutura porosa cristalina, essas camadas de membrana são apropriadas para a separação por tamanho e por forma de misturas de substâncias líquidas e gasosas. Além disso, por meio da seleção da proporção Si/AI no cristal zeolítico é possível ajustar a característica de hidrófilo/hidrófobo. Com isso, é possível disponibilizar uma membrana zeolítica hidrófoba para uma separação seletiva de solventes orgânicos, tais como etanol em relação à água, com a ajuda da pervapo-ração a cerca de 100 SC.

Especialmente no caso de tubos de diâmetro pequeno, estes podem ser enfeixados caoticamente e tocando-se uns aos outros, como por exemplo, no refino de bioetanol. Mesmo assim, devido às propriedades particulares especialmente do bismuto, ocorre uma fixação vedante e segura dos tubos. No entanto, por razões de segurança, o comprimento axial de uma massa fundida deve ser dimensionado mais longo do que o diâmetro de uma curva envolvente do feixe de tubos. Ao longo do comprimento axial o-correrá, portanto, com segurança uma fixação vedada de cada um dos tubos.

Naturalmente, os tubos do feixe de tubos também podem ser alinhados alternativamente distanciados em uma rede pré-determinável, tal como é usual, por exemplo, no caso de células de combustível. A invenção será explicada detalhadamente com base no desenho, no qual são representados tão apenas esquematicamente exemplos de execução. No desenho mostra-se: figura 1: em uma vista lateral, uma massa fundida das extremi- dades de tubo de tubos de um feixe de tubos; figura 2: um recorte ampliado ao longo da linha II, II na figura 1. A figura 1 mostra, em uma exposição lateral, um feixe de tubos 1 com uma série de tubos 2, por exemplo membranas poliméricas de um diâmetro externo de cerca de 0,5 mm. Os tubos 2 estão enfeixados caoticamente e se tocam. Por isso, o perfil externo do feixe de tubos 1 está indicado apenas por uma curva envolvente 3 de traço-ponto. Mesmo assim é possível produzir uma placa de topo metálica 4, que fixe com segurança e de modo vedante - cf. também a figura 2 - os tubos individuais 2 pela extremidade entre si e, por exemplo, contra uma caixa.

Para isso, um metal ou uma liga metálica do tipo mencionado ao início é liquefeito em uma forma do tipo panela apropriada e o feixe de tubos 1 é mergulhado, por uma extremidade, na massa fundida. Nesse caso, os tubos 2 podem ser fechados em uma extremidade de um modo em si conhecido. No entanto, geralmente isso não é necessário no caso de diâmetros internos pequenos dos tubos 2, pois o metal liquefeito, respectivamente a liga liquefeita, penetra axialmente em um tubo 2 apenas em pequena medida.

Para garantir que todos os espaços intermediários pelo comprimento axial da placa de topo 4 também sejam fechados, geralmente a extensão axial de uma massa fundida 5 é dimensionada maior do que o seu diâmetro, respectivamente daquele da curva envolvente 3. A finalização da placa de topo 4 ocorre através de um corte, por exemplo ao longo da linha II, II, através do qual, então, as extremidades de tubo são descobertas. A figura 2 mostra uma retificação reproduzida de um corte desse tipo, em exposição ampliada. Espaços intermediários maiores entre os tubos individuais 2 são fechados com poros finos por um metal ou por uma liga metálica de acordo com a invenção e são fechados de modo homogêneo nessa exposição de tamanho. Se os tubos 2 estiverem extremamente próximos, inclusive eventualmente se tocando, permanece um pequeno espaço oco (cf. a seta 6). No entanto, esses espaços ocos são fechados com segu- rança ao longo da extensão axial por meio do comprimento da massa fundida 5, respectivamente da placa de topo 4.

Depois de um acabamento correspondente da área de cobertura radial 7 da placa de topo 4, o feixe de tubos 1 é, então, fixado de modo ve-dante e retido por uma extremidade para uma outra aplicação.

Reivindicações

Claims

1. Placa de topo que fixa pela extremidade e fecha de modo vedante um feixe de tubos com uma série de tubos especialmente porosos que apresenta uma membrana, caracterizada pelo fato de que a placa de topo (4) é constituída por um metal ou por uma liga metálica com temperatura de fundição menor do que a mais baixa temperatura de falha de um material de tubo e/ou da membrana, em que a temperatura de fundição se situa entre 100SC e 250QC.

2. Placa de topo de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o metal é bismuto {wismut; Bi) ou que a liga apresenta bismuto.

3. Placa de topo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a liga é uma liga de bismuto.

4. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o metal ou a liga não contém chumbo.

5. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a liga é uma liga eutética de bismuto-estarho.

6. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de um tubo (2) do feixe de tubos (1) é constituído de polímero.

7. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que uma membrana é uma membrana polimérica.

8. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que um tubo é constituído de uma cerâmica e / ou de um metal.

9. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 6 e 8, caracterizada pelo fato de que uma membrana é uma membrana de zeólito.

10. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que os tubos (2) do feixe de tubos (1) estão enfaixados de modo caótico e se tocando.

11. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que os tubos do feixe de tubos estão alinhados distanciados em uma rede pré-determinável.

12. Placa de topo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o comprimento axial de uma massa fundida (5) é dimensionado mais longo do que o diâmetro de uma curva envolvente (3) do feixe de tubos (1).