CN101365528A - 顶板 - Google Patents

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CN101365528A CNA2007800020427A CN200780002042A CN101365528A CN 101365528 A CN101365528 A CN 101365528A CN A2007800020427 A CNA2007800020427 A CN A2007800020427A CN 200780002042 A CN200780002042 A CN 200780002042A CN 101365528 A CN101365528 A CN 101365528A
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Abstract

在将带有多个特别多孔的、具有膜的管(2)的管束(1)在端侧收嵌并密封性地闭合的顶板(4)中设计，顶板(4)由熔点低于管材料和/或膜的最低故障温度的金属或者金属合金制成。

Description

顶板
技术领域
本发明涉及一种顶板，其将管束在端侧收嵌并密封性地闭合，该管束带有多个特别多孔的、具有膜的管。
背景技术
所述类型的管，例如小管、毛细管或类似由合成材料、合成材料复合物制成的，需要时也具有层状结构，由陶瓷或者金属制成，其具有多种用途。
例如，在燃料电池中，管束的这些管中实现燃料成分的运输，所以此类作为微型反应器敷设的小管通常也会装有膜，通过膜分隔彼此会发生反应的燃料成分。
此类管束的一个其他应用领域是从生物可再生材料，例如从生物乙醇中提炼出燃料。如果生物乙醇流过构成半透性膜的管，可以通过膜除去存在于生物乙醇中的水。
在这种管束中基本上存在将管束在端侧收嵌并闭合的问题。管线或类似物的所谓的“灌封”、将这种管束的末端彼此收嵌以作为特别是也用于相对于壳体密封性的闭合，通常以人造树脂(例如环氧树脂)浇注技术实现，然而其并不是没有问题的。因此在低温燃料电池中直至150℃的工作温度或在中温燃料电池中直至250℃的工作温度下，不同的热膨胀系数导致巨大的热负荷，其可以更多地在顶板区域中导致断裂、泄漏及此类情况，这通常导致整个装置的故障。
发明内容
在此技术背景下，本发明的任务在于，提供一种可以构成为高度耐机械负荷、可靠收嵌并密封性地保持管束的各个单个管的顶板。
让人惊异的是，这个技术难题通过根据权利要求1的顶板解决了，其中设计，即这种顶板由熔点低于管材料和/或膜的故障温度的金属或者金属合金制成。
低熔点的金属、焊料或者金属合金通常特别易碎，并且在其熔液凝固后是粗颗粒的。从而通常造成极大的机械不稳定性。因此，这种材料一般不适用于在端侧收嵌并密封性地闭合管束的特别是较小直径的单个管。
然而通过本发明可以使用有能力做到这样的低熔点的金属和/或金属合金。另外，这特别也考虑到了管束的管的完全不同的直径，这种直径一般可以从低于1mm到厘米范围内浮动。
在选择金属或者金属合金时需要注意其熔点，该熔点自然必须低于管道材料的故障温度或膜的故障温度，另一方面却要比造好的装置的运行温度要高。这通常可以在熔点在100℃(尤其是120℃)至250℃之间时实现。
作为金属优选使用铋(Bismut)，也称作铋(Wismut)，化学符号为Bi，或者所述合金具有铋。
铋是一种红白色、有光泽和中等硬度的重金属。和水类似，铋在熔化时表现出体积缩小，并且在凝固时膨胀3.32％。因此在冷却铋和含有铋的熔液时，还出色地侵入管束的管之间最小的间隙内。此外，铋具有优异的化学稳定性。因此例如在非氧化性酸中不溶解。
然而，纯铋的熔点是271.3℃，并且因此对于许多用途来说太高。因此，优选使用一种铋合金，当这种合金包含大约14％到60％的铋，20％到30％的铅或者直至45％的锡或者还有锑、镉、铟、锌、碲、汞或铊时，它的熔点可以很明显地降低。
然而特别优选的是，在一开始详细描述的使用目的中合金或者金属是无铅的。
优选的合金是共晶的(eutektisch)铋-锡合金，其熔点位于138℃并且其具有8.58g/cm3的密度。
有利的方式是共晶合金的金属在液体状态下可完全混合并且熔液如同一种纯物质在同一温度凝固。在凝固过程中，多种成分分离开并且彼此相邻地以微细结晶(feinstkristallin)的方式结晶出来，共晶结构(eutektisches Gefüge)。其他的优点是，共晶体具有在被考虑的物质系统中可能最低的、在所属的熔度图中显示作为共晶温度或共晶点的凝固点或者熔化点。
管材料通常是合成材料，特别是聚合物，其中特别地考虑到膜也是聚合物膜。故障温度(在这个温度下管或膜的功能不再存在)经常比200℃低一点，以致于这种聚合物管或这种聚合物膜一定不会通过金属熔化或合金熔化而受损。
可选的是一种由陶瓷和/或金属，特别是金属烧结制成的特别多孔的管。这种管最好是装有由沸石制成的、构成膜的层。由于其结晶的孔结构，这种膜层适用于将液态或者气态物质混合物大小选择性和形状选择性地分离。此外，通过在沸石晶体中硅/铝比例的选择来调整亲水/疏水特性。由此可以使用疏水沸石膜，用于借助渗透汽化在大约100℃下将有机溶剂，如乙醇从水中选择性分离。
尤其在小直径管时它们可以混乱地并且相接触地捆扎，例如在生物乙醇的精炼物。但是由于特别是铋的特殊性质，实现将管可靠、密封地收嵌。然而为了安全起见浇铸体的轴向长度应该设定得比管束的包络线的直径长。于是在该轴向长度上可靠实现将各个单个管各处密封性地收嵌。
当然可选择的是，管束的管也可以在可预定的网栅上持距地对齐，这种模式例如在燃料电池中十分常见。
附图说明
借助附图更详细地说明本发明，在附图中仅示意性地显示了实施方案。在附图中：
图1示出管束的管的管端浇铸体的侧视图，以及
图2示出沿图1中线II、II的放大截面。
具体实施方式
图1在侧视图中显示管束1，具有大量管2，例如外直径为大约0.5mm的聚合物膜。管2混乱捆扎并且相接触。因此管束1的外轮廓只通过点划线的包络线3来表示。然而可以形成金属顶板4，其可靠并且密封性地(也对照图2)将各个单个管2从端侧彼此并且例如相对壳体收嵌。
为此将开始所述类型的金属或者金属合金以合适的、罐形形式液化并且将管束1的一端浸入熔液中。在此以已知方式将管2在端侧封闭。但是当管2的内径很小时一般不需要这样，因为液态金属或液态合金仅少量地轴向侵入管2内。
为了确保顶板4的轴向长度上的所有间隙也被封闭起来，通常浇铸体5的轴向延伸设定得比它的直径或包络线3的直径长。
顶板4的制成通过例如沿线II、II的切割实现，通过切割于是将管末端暴露出来。
图2以放大视图显示了这种切割的描摹的切片。根据本发明，各个单个管2之间的较大间隙由金属或者金属合金微细孔式地且均相地在这种尺度制备中封闭起来。如果管2极接近，可能也相接触，会留下很小的空腔，对照箭头6。然而这些空腔由于浇铸体5的轴向长度或顶板4的轴向长度在轴向延伸上可靠地封闭。
在对顶板4的径向外表面7进行相应的加工后，于是为进一步的应用将管束1一端密封性地收嵌并且保持。

Claims (13)

1.顶板，其将管束在端侧收嵌并密封性地闭合，所述管束带有多个特别是多孔的、具有膜的管，其特征在于，所述顶板(4)由熔点低于管材料和/或所述膜的最低故障温度的金属或者金属合金制成。
2.按照权利要求1所述的顶板，其特征在于，所述熔点在100℃至250℃之间。
3.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述金属是铋(Wismut；Bi)或者所述合金具有铋。
4.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述合金是铋合金。
5.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述金属或者所述合金是无铅的。
6.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述合金是共晶的铋-锡合金。
7.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述管束(1)的管(2)由聚合物制成。
8.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，膜是聚合物膜。
9.按照前述权利要求1至6中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，管由陶瓷和/或金属制成。
10.按照前述权利要求1至7和9中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，膜是沸石膜。
11.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述管束(1)的所述管(2)混乱并且相接触地捆扎。
12.按照前述权利要求1至10中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，所述管束的所述管在可预定的网栅上持距地对齐。
13.按照前述权利要求中一项或者多项所述的顶板，其特征在于，浇铸体(5)的轴向长度设定得比所述管束(1)的包络线(3)的直径长。
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