FI122170B - Vedyn erotusmembraani - Google Patents
Vedyn erotusmembraani Download PDFInfo
- Publication number
- FI122170B FI122170B FI20010984A FI20010984A FI122170B FI 122170 B FI122170 B FI 122170B FI 20010984 A FI20010984 A FI 20010984A FI 20010984 A FI20010984 A FI 20010984A FI 122170 B FI122170 B FI 122170B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- membrane
- permeable
- fluid
- separation structure
- hydrogen
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 165
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims description 58
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims description 58
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims description 44
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 title description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 71
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 57
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 57
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 23
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 22
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 16
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 2
- 229910002065 alloy metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 17
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 8
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000934 Monel 400 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 7
- OANFWJQPUHQWDL-UHFFFAOYSA-N copper iron manganese nickel Chemical compound [Mn].[Fe].[Ni].[Cu] OANFWJQPUHQWDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910001256 stainless steel alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001203 Alloy 20 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 1
- 238000009739 binding Methods 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 210000003660 reticulum Anatomy 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001256 tonic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
- B01D53/228—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion characterised by specific membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/08—Flat membrane modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/08—Flat membrane modules
- B01D63/081—Manufacturing thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/08—Flat membrane modules
- B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
- B01D63/084—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
- B01D71/022—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
- C01B3/503—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion characterised by the membrane
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/14—Specific spacers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
Vedyn erotusmembraani
Keksinnön tausta 1. Keksinnön ala Tämä keksintö koskee laitteistoja ja menetelmiä halutun virtaavan 5 aineen erottamiseksi virtaavien aineiden seoksesta. Tarkemmin tämä keksintö on yleisesti suunnattu virtaavan aineen erotuslaitteistoon, jossa on haluttua vir-taavaa ainetta läpäisevä membraani ja verkkomainen membraanin tuki, joka tukee läpäisevää membraania, ja jossa on sulku, joka estää metallien välisen diffuusiositoutumisen. Tämä keksintö koskee vetykaasun erottamiseen kaa-10 suseoksesta käytettäviä metallimembraaneja.
2. Keksinnön taustan kuvaus
Useiden metallikalvojen on osoitettu olevan sopivia vetykaasun erottamiseen kaasuseoksesta vetyionien tai protonien diffuusio- tai siirtymismekanismilla tavallisesti ei-huokoisen metallikalvon läpi molekyylisen vedyn ollessa 15 otettavissa talteen kalvon toiselta puolelta kuin kaasuseoksen kanssa kosketuksessa oleva puoli. Monet tämän alan työntekijät ovat käyttäneet eri metalleja, metalliseoksia ja erilaisia rakenteita kaasuseoksen vetykomponentin erottamisen optimoimiseksi tai vedyn puhdistamiseksi hyvin monenlaisissa olosuhteissa, jotka voivat vallita vetypitoisessa kaasuvirrassa vedyn tuotannon olo-20 suhteissa tai lähellä niitä. US-patentit 3 238 700, Johann G.E. Cohn, ja 3 172 742, Leonard R. Rubin, ovat esimerkinomaisia tämän alan aiemmasta osaamisesta, jossa käytetään palladiumlejeerinkejä joidenkin tuhoisien vaikutusten voittamiseksi, joita voi tapahtua metallikalvossa, kun se altistetaan huomattaville lämpötilamuutoksille vedyn läsnä ollessa, tuotettaessa tyypillisesti ^ 25 kaasufaasin reaktioilla, kuten vesikaasun muutosreaktiolla (höyryä kuumenne- ^ tun hiilen tai hiilipitoisten materiaalien yli) tai vetypitoisten yhdisteiden hajoami- 9 sella (CA-patentti nro 579 535).
Täten tämän keksinnön tavoite on tarjota tuettu vetyä läpäisevän i metalli- tai metalliseoskalvon sisältävä rakenne, joka voi toimia menestykselli-
CL
30 sesti vedyn tuotannossa läsnä olevissa olosuhteissa samoin kuin ollen sopiva σ> vedyn erottamiseen kaasuvirroista, jotka sisältävät millä tahansa tavalla tuotet- o tua vetyä.
O
Yleisesti, kun kaasua erotetaan kaasuseoksesta diffuusiolla, kaasu-seos tyypillisesti saatetaan kosketukseen ei-huokoisen membraanin kanssa, 35 joka on selektiivisesti kaasuseoksesta erotettavaksi haluttua kaasua läpäisevä.
2
Haluttu kaasu diffundoituu läpäisevän membraanin läpi ja erottuu muusta kaasu-seoksesta. Läpäisevän membraanin vastakkaisille puolille syntyy yleensä paine-ero siten, että diffuusioprosessi etenee tehokkaammin, kun erotettavan kaasun osapaine pidetään korkeampana läpäisevän membraanin kaasuseos-5 puolella. On myös edullista pitää kaasuseos ja selektiivisesti läpäisevä memb-raani korkeammissa lämpötiloissa halutun kaasun erottumisen kaasuseoksesta helpottamiseksi. Tämäntyyppistä prosessia voidaan käyttää vedyn erottamiseen vetyä sisältävästä kaasuseoksesta. Täten tässä sovellutuksessa läpäisevä membraani on vetyä läpäisevä ja koostuu tavallisesti palladiumista tai palla-10 diumlejeeringistä. Altistuminen korkeille lämpötiloille ja paine-eron synnyttämät mekaaniset rasitukset sanelevat sen, että läpäisevä membraani on tuettu sellaisella tavalla, joka ei estä halutun kaasun kulkeutumista membraanin läpi.
Eräs tavanomainen laitteistotyyppi, jota käytetään vedyn erottamiseen kaasuseoksesta, käyttää kudottua tulenkestävän tyyppistä kangasta lä-15 päisevän membraanin tukemiseen erotusprosessin aikana. Tämäntyyppisen tavanomaisen membraanin kantajan haitta on se, että kangastuki on altis pettämään, kun se on altistettu suurille mekaanisille rasituksille, jotka liittyvät membraanimateriaalin läpäisevän diffuusion aiheuttamiseen vaadittavaan ohjaavaan paineeseen.
20 Toinen tavanomainen läpäisevä membraanituki on metalliverkkora- kenne, joka on sijoitettu läpäisevän membraanin viereen. Tämäntyyppisen kantajan haitta on se, että membraanin kantajan ja läpäisevän membraanin välillä tapahtuu metallien välinen diffuusiositoutuminen, kun ne altistetaan korkeille paineille ja korkeille lämpötiloille. Korkealla paineella on taipumus puristaa 25 läpäisevää membraania ja metalliverkkoa yhteen ja korkealla lämpötilalla on taipumus heikentää näiden materiaalien kemiallisia sidoksia. Tällaiset ei-toivo-o tut olosuhteet johtavat läpäisevän membraanin molekyylien kulkeutumiseen me-
CM
^ talliverkkomembraanille metalliverkkomembraanin molekyylien kulkeutumiseen läpäisevälle membraanille, kunnes näiden kahden rakenteen välille muodostuu
CM
30 sidos. Tämä metallien välinen diffuusiositoutuminen johtaa komposiittimateriaa-| liin, joka ei enää läpäise vetykaasua.
^ Täten on olemassa tarve menetelmälle ja laitteistolle halutun virtaa- 00 g van aineen erottamiseksi viilaavien aineiden seoksesta, joka voi kestää luotet- o tavasti korkeita käyttöpaineita ja -lämpötiloja.
^ 35 On olemassa toinen tarve läpäisevälle membraanille ja tukiraken teelle halutun virtaavan aineen erottamiseksi viilaavien aineiden seoksesta, 3 missä läpäisevä membraani ei ole altis hajoamiselle tai metallien väliselle dif-fuusiositoutumiselle.
On olemassa vielä toinen tarve menetelmälle virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin tukemiseksi, missä virtaavaa ainetta läpäisevä memb-5 raani altistetaan korkeille lämpötiloille ja korkeille paineille.
Piirrosten lyhyt kuvaus Tämän keksinnön ymmärtämiseksi ja suorittamiseksi helposti edullisia suoritusmuotoja kuvataan seuraavien kuvioiden yhteydessä, joissa:
Kuvio 1 on isometrinen kuva tämän keksinnön mukaisesta memb-10 raani rakenteesta ennen hitsaamista;
Kuvio 2 on kuva ylhäältäpäin kuvion 1 membraanirakenteesta;
Kuvio 2A on läpileikkauskuva kuvion 2 membraanirakenteesta otettuna viivojen ja nuolien 2A kohdalta;
Kuvio 3 on osittainen läpileikkauskuva tämän keksinnön membraa-15 nin reunan yksityiskohdista;
Kuvio 4 on osittainen leikkauskuva tämän keksinnön membraanirakenteesta;
Kuvio 5 on isometrinen kuva ylhäältäpäin tämän keksinnön virtaa-van aineen erotusrakenteesta; 20 Kuvio 6 on isometrinen räjäytyskuva kuviossa 5 esitetystä tämän keksinnön viilaavan aineen erotusrakenteesta;
Kuvio 7 on isometrinen räjäytyskuva kuviossa 5 esitetyn tämän keksinnön naaraspuolisen läpäisevän membraanin alirakenteesta;
Kuvio 8 on isometrinen räjäytyskuva kuviossa 5 esitetyn tämän kek-25 sinnön urospuolisen läpäisevän membraanin alirakenteesta;
Kuvio 9 on isometrinen kaavakuva tämän keksinnön virtaavan βίο ™ neen erotusrakenteesta; l'- 9 Kuvio 10 on suurennettu kuva kuviossa 9 esitetyn tämän keksinnön ^ virtaavan aineen erotusrakenteen osasta A; c 30 Kuvio 11 on poikkileikkauskuva kuviossa 5 esitetyn tämän keksin-
CL
nön virtaavan aineen erotusrakenteesta otettuna linjalta 11 -11; o Kuvio 12 on isometrinen osittainen kaaviomainen kuva moduulista, o o jossa käytetään useita tämän keksinnön virtaavan aineen erotusrakenteita; ja o
Kuvio 13 on kuviossa 12 esitetyn moduulin laajennettu osa B.
4
Keksinnön lyhyt yhteenveto Tämän keksinnön vetyä läpäisevä membraanirakenne käsittää kiekkomaisen tuetun metallikalvon, joka on kooltaan tukilevyn tai -kiekon peittävä ja pystyy johtamaan metallikalvon läpi diffundoituneet tai kulkeutuneet tuote-5 kaasut, joka kiekko päättyy reunoiltaan kahteen viistottuun metallitukirenkaa-seen, jotka ovat tukilevyn päällä, ja kahteen viistottuun metalliseen kiinnitys-renkaaseen, jotka on muodoltaan sovitettu viistottuihin tukirenkaisiin vetyä läpäisevän metallikalvon kiinnittämiseksi niiden väliin tämän rakenteen päättyessä reunaan, jonka muodostavat kiinnitysrenkaiden ja tukirenkaiden reunat kiin-10 nitetyn kalvon kanssa, joka reuna suljetaan sitten ilmatiiviisti hitsisaumalla, joka liittää kaikki nämä renkaat yhteen. Tämä rakenne sisältää keinon erottuneen vedyn poistamiseksi tukilevyn keskeltä.
Tämä keksintö tarjoaa virtaavan aineen erotusrakenteen, jossa on virtaavaa ainetta läpäisevä membraani ja membraania tukeva metalliverkko vir-15 taavaa ainetta läpäisevän membraanin vieressä, missä membraania tukevassa metalliverkossa on metallien välisen diffuusiositoutumisen estävä sulku.
Lisäksi tämä keksintö tarjoaa menetelmän halutun virtaavan aineen erottamiseksi virtaavien aineiden seoksesta käsittäen membraanin, joka on haluttua virtaavaa ainetta läpäisevä, sisältäen membraania tukevan metalliver-20 kon, jossa on metallien välisen diffuusiositoutumisen estävä sulku, missä tämä membraania tukeva metalliverkko on virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin vieressä, saattaen virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin tuen kosketukseen virtaavien aineiden seoksen kanssa ja saattaen membraania tukevan metalli-verkon kosketukseen virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin läpäisevän ha-25 lutun virtaavan aineen kanssa.
__ Tämä keksintö tarjoaa lisäksi menetelmän virtaavaa ainetta erottaen van rakenteen valmistamiseksi käsittäen haluttua virtaavaa ainetta läpäisevän i^l. membraanin tarjoamisen, ensimmäisen pidikkeen tarjoamisen, joka tarjoaa o ^ membraania tukevan metalliverkon, jossa on metallien välisen diffuusiositou- 30 tumisen sulku, ja sen asettamisen virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin
X
£ viereen, läpäisevän osan tarjoamisen metallisen membraanin tuen vieressä, g tiivisteen tarjoamisen virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin vieressä, toisen o pidikkeen tarjoamisen membraania tukevan metalliverkon vieressä ja ensim- § mäisen pidikkeen, tiivisteen ja toisen pidikkeen liittämisen yhteen reunoiltaan.
C\] 35 Tämä keksintö tarjoaa menetelmän virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin tukemiseksi käsittäen haluttua virtaavaa ainetta läpäisevän memb- 5 raanin tarjoamisen, ja membraania tukevan metalliverkon tarjoamisen, jossa on metallien välisen diffuusiositoutumisen sulku, missä membraania tukeva metalliverkko on virtaavaa ainetta läpäisevän membraanin vieressä ja tukee sitä.
5 Muut tämän keksinnön yksityiskohdat, tavoitteet ja edut tulevat sel vemmiksi seuraavasta tämän keksinnön kuvauksesta.
Yksityiskohtainen kuvaus Tätä keksintöä kuvataan alla laitteistojen ja menetelmien vedyn erottamiseksi kaasuseoksesta suhteen. Tulee huomioida, että tämän keksinnön 10 kuvaaminen vedyn erotuslaitteiston suhteen tehdään kuvailutarkoituksessa, ja tämän keksinnön edut voidaan saavuttaa käyttäen muita rakenteita ja tekniikoita, joissa tarvitaan tällaisia laitteistoja ja menetelmiä halutun viilaavan aineen erottamiseksi haluttua virtaavaa ainetta sisältävästä virtaavien aineiden seoksesta.
15 Tulee ymmärtää, että kuviot ja tämän keksinnön kuvaus on yksin kertaistettu tämän keksinnön selvän ymmärtämisen kannalta tärkeiden osien kuvailemiseksi poistaen selkeyden nimissä muut vedyn erotuslaitteistossa esiintyvät osat ja/tai kuvaukset. Ammattimiehet tietävät, että muut osat voivat olla haluttuja tämän keksinnön toimeenpanemiseksi. Kuitenkin, koska tällaiset osat 20 ovat täysin tunnettuja ja koska ne eivät helpota tämän keksinnön ymmärtämistä paremmin, tällaisten osien kuvausta ei ole sisällytetty tähän.
Metallimembraaniin perustuvan kaasuerotuslaitteiston valmistuksessa on tärkeää eliminoida kaikki mahdolliset vuotoreitit membraanin syöttöpuolen ja membraanin tuote- tai läpäisypuolen välillä. Tämä tehdään ylläpitämällä 25 suurinta mahdollista tuotevirran puhtautta. Tyypillisesti tämäntyyppisessä lait-^ teessä käytettävä membraani on hyvin ohut ja tämän johdosta pienen mekaa- ^ nisen rasituksen tyyppinen. Mekaaninen tuki, joka on asetettu membraanin alle i ? tuotepuolelle, sallii membraanin toimimisen suurilla paine-eroilla korkeissa läm-
Potiloissa. Mikäli membraanimateriaali asetetaan mekaanisen tuen molemmille £ 30 puolille, tällöin itse tuki kuormittuu puristusvoimalla toiminnan aikana. Käyttä-
CL
mällä tämäntyyppistä rakennetta mekaaninen tuki voi olla ohuempi kuin olisi S tarpeellista, mikäli se olisi kuormittunut vain toiselta puolelta, o o Tämä keksintö tarjoaa keinon kunkin membraanin tiivistämiseksi o cv “puolittain” riippumatta mekaanisesta kantajasta, joten kaikki mahdolliset vuo- 35 toreitit eliminoituvat. Mikäli molemmat membraanikalvot liitetään reunoiltaan 6 käyttäen yksittäissaumatyyppistä hitsiä osien liittämiseksi, vuodon mahdollisuus hitsatun sauman läpi pienenee oleellisesti.
Tunnetaan monia menetelmiä vetyä läpäisevissä membraaneissa käytettävien ohuiden metallikalvojen liittämiseksi. Ponnistuksia ohutkalvotyyp-5 pisten membraanien ilmatiiviin sauman saavuttamiseksi hitsaamalla, juottamalla tai diffuusiositoutumisella kuvataan US-patentissa 5 645 626. Lisäponnistuksia juotetulla saumalla kuvataan CA-patenttihakemuksessa numero 436 620. Juo-tostyyppisellä liitoksella esiintyy ongelmia, koska on mahdollista, että juotosle-jeerinki saastuttaa membraanin pinnan juotostoimenpiteen aikana metalleilla, 10 juoksuttimella tai muilla aineilla, jotka voivat häiritä membraanin kykyä kuljettaa vetyä toiminnan aikana. Membraanikalvojen diffuusiositoutumista valmistettujen tukiosien kiinnitystapana rajoittaa se vaatimus, että ilmatiivis sauma tehdyssä liitoksessa voi tapahtua vain silloin, kun liitosalueella oleva materiaali tulee nestemäiseen olotilaan jossakin vaiheessa liitostapahtuman aikana.
15 Tämä keksintö käsittää kahden ohutkalvomembraanin (noin 25 mik ronia / 0,001 tuumaa) liittämisen käyttäen kaupallisesti saatavissa olevaa hitsaustekniikkaa. Yksittäinen hitsisidos liittää ilmatiiviisti molemmat membraanit yhdellä toimenpiteellä alentaen hitsin aiheuttamasta jännityksestä, perusmetalleissa läsnä olevasta epäpuhtaudesta ja valmiin hitsin huokoisuudesta aiheu-20 tuvaa huonon hitsiliitoksen todennäköisyyttä noin 50 %:lla. Valmiilla liitoksella on etuja nykyiseen tekniikkaan nähden luotettavuuden ja valmistuksen helppouden alueilla.
Täten tämän keksinnön vedyn erotusmembraani on parannus mem-braanirakenteeseen, jota kuvataan US-patentissa 5 139 541, jonka kuvauk-25 seen tässä viitataan.
Tämän keksinnön membraanitukirakenne 10 on, kuten kuviossa 1 o esitetään, kiekon muotoinen osa, joka on suunniteltu koskettamaan vetypitoista c\i ^ kaasua molemmilla ulkopinnoillaan. Kalvon esiin jäävä ulkopinta 12 jää väliin ° ulomman renkaan 13 alle tavalla, jota kuvataan tarkemmin jäljempänä. Keski- 30 johdin on yhteydessä kiekon sisätilan kanssa vedyn poistamiseksi. Kiekon toi- | nen puoli (ei esitetty) on identtinen, kuten voidaan nähdä kuvioista 2 ja 2A.
^ Sisällä olevassa tukikiekossa on reikä, joka vastaa keskitukirakenteen 21 sisä- 00 g osaa. Kiekossa 20 on kiinteä kehä, joka esitetään leikkauksena numerolla 25.
o Kiekossa on kolot, jotka lähtevät säteittäin ulospäin keskiaukosta päättyen ul- ^ 35 kokehän reunalle. Kolojen reunat esitetään kaavamaisesti esimerkiksi nume roin 27, 28 ja 29. Kiekon 10 molemmilla pinnoilla on kalvo 30. Vety kuljettuu 7 kiekon 10 ulkopuolelta kalvon 30 läpi ja tukikiekossa olevaan koloon 35, josta se voidaan poistaa keskikanavan (ei esitetty) kautta, koska kolojen reunat (esimerkiksi 28, 29 ja 30) ovat yhteydessä aukkoon (reikä 15) ja keskikanavaan. Voidaan käyttää muita keinoja vedyn poistamisen sallimiseksi, kuten uria kolo-5 jen sijasta tai pinnan kuviointia tai vastaavaa.
Kuten aiemmin kuvattiin, kiekon reunan rakenne on ratkaiseva kaa-sutiiviin sauman saavuttamiseksi. Samoin kalvo on edullisesti tuettu inertillä kankaalla, kuten kudotulla lasikuidulla tai kudotulla tai kuitumaisella keraamisella materiaalilla. Viitaten nyt kuvioon 3, tukikiekkoa 20 peittää molemmilta 10 puoliltaan kerros inerttiä kangasta 31. Vetyä läpäisevä metallikalvomembraani 30 saadaan kankaan 31 yli. Kaksi metalllilevytukirengasta 36 ja 37 on kiinnitetty tukemaan kiekkoa 20 reunoiltaan siten, että kolot eivät peity. Viistotut tukirenkaat 36 ja 37 on mitoitettu yhtymään ja muodostamaan reunan. Kalvo 30 ja 32 on asetettu peittämään kankaan 31 sijaiten tukirenkaan 20 tukeman kan-15 kaan 31 päällä. Kaksi metallilevykiinnitysrengasta 40 ja 41 on kooltaan sovitettu vastaavasti tukirenkaisiin 36 ja 37 ja kiinnittävät kalvon 30 ja 32 tukirenkaiden 36 ja 37 ja metallisten kiinnitysrenkaiden 40 ja 41 väliin. Hitsisidos 50 liittää kaikki renkaat yhteen. Kiekko 20, kiinnitysrenkaat 40 ja 41 ja tukirenkaat 36 ja 37 on kaikki valmistettu materiaaleista, jotka ovat yhteensopivia membraani-20 kiekon loppukäyttöolosuhteiden kanssa.
Tämä keksintö eroaa tunnetusta tekniikasta alentamalla hitsattujen tai suljettujen saumojen kokonaispituutta tietylle membraaniparille, jolla on verrattavissa olevat ulkohalkaisijat. Tämä keksintö sallii myös mittojen vaihtelut, jotka johtuvat hitsiliitoksessa käytettävien materiaalien erilaisista lämpölaa-25 jenemiskertoimista, ja membraanimateriaalin kyllästyessä vedyllä tapahtuvat mittojen muutokset, joita esiintyy riippumatta muista laitteiston komponenteis-5 ta. Tällä on vaikutuksena membraaniin kohdistuvan jännityksen aleneminen c\i ^ edelleen toimintaolosuhteissa. Lisäksi tämäntyyppinen liitos sallii edullisem- pien rakennusmateriaalien, jotka eivät ole fyysisesti osa liitosta, valinnan alenee 30 taen edelleen valmistuskustannuksia.
£ Näiden osien valmistaminen valmiiksi rakenteeksi suoritetaan ko- ^ koonpanemalla ne hitsauskiinnittimeen, joka liittää osat yhteen. Membraani- 00 g materiaali puristetaan mekaanisesti membraanin pohjatuen ja membraanin o päällisrenkaan väliin hitsauskiinnittimeksi puristamisen aikana siten, että ulko- ^ 35 reunoja pidetään tiukasti yhdessä tiiviissä kosketuksessa membraanin kanssa.
Sitten tämän puristetun rakenteen sauma hitsataan ulkokehältään. Yksittäinen 8 hitsisidos sulattaa alemman membraanin ylemmän ja alemman tukirenkaan, ylemmän ja alemman membraanin ja ylemmän ja alemman membraanin peite-renkaan ulkoreunat tiiviiksi yksiköksi.
Varsinainen hitsaussauma voidaan valmistaa lukuisilla kaupallisesti 5 saatavissa olevilla tekniikoilla sisältäen, mutta ei rajoittuen niihin, laser-, elektronisuihku- ja volframi-inerttikaasu (TIG) -hitsauksen. Hitsattu sauma voidaan saavuttaa lisäämällä täyteainetta hitsausvyöhykkeelle tai ilman täyteaineen lisäämistä. Tämäntyyppisellä hitsauksella voi olla muita sovellutuksia, jotka vaativat metalliohutkalvojen hitsaamista muihin käyttötarkoituksiin kuin kuvat- 10 tuun membraanisovellutukseen.
Tässä kuvatulla tavalla valmistettua neljäkymmentäkolme yksittäistä kiekkoa sisältävää laitteistoa, joka sisältää noin kaksikymmentä neliöjalkaa membraanin kokonaispinta-alaa, käytettiin lämpötilassa 300 °C ja paineessa 600 psig kaikkiaan 200 tunnin ajan ilman huomattavaa heikkenemistä vedyn 15 erotustoiminnassa. Rakenteen läpäisypuolta käytettiin paineessa noin 15-30 psig, mikä aiheutti laitteiston kullekin membraanille paine-eron 570 -585 psig. Tämä laitteisto altistettiin myös noin 30 syklin toiminnalle lämpötilan ja paineen normaaliolosuhteista kuvattuihin käyttölämpötiloihin ja -paineisiin ilman hitsatun liitoksen pettämistä.
20 Hitsin yhtenäisyyden ja täten ilmatiiviisti suljetun hitsin ylläpitämisen rajoitukset ovat pääasiassa pohjan tuki- ja päälle tulevan kiinnitysrenkaan materiaalien valinta siten, että ne ovat yhteensopivia hitsattavan ohutmetallikalvon kanssa, ja oikeiden hitsausmuuttujien valinta hitsaukseen käytettävälle laitteelle.
25 Kuviot 5 ja 6 kuvailevat tämän keksinnön viilaavan aineen erotus- laitteiston erästä suoritusmuotoa, missä kuvio 6 on räjäytyskuva kuviossa 5 5 esitetystä virtaavan aineen erotuslaitteistosta 110. Viilaavan aineen erotuslait- C\1 ^ teisto 110 käsittää ensimmäisen membraanin pidikkeet 112, naaraspuolisen ° membraanin alirakenteen 114, ensimmäisen membraanin tiivisteen 116, en-
(M
30 simmäisen membraania tukevan metalliverkon 118, toisen membraanin pidik-| keet 120, uritetun läpäisevän levyn 122, läpäisevän kehän 124, toisen memb- ^ raania tukevan metalliverkon 128, toisen membraanin tiivisteen 130 ja uros- 00 g puolisen membraanin alirakenteen 132. Eräässä suoritusmuodossa ensimmäi- o set pidikkeet 112 voivat olla oleellisen litteitä rengasosia, joiden ulkohalkaisija ^ 35 on yhtä suuri kuin naaras-ja urospuolisten membraanin alirakenteiden 114 ja 132 halkaisija ja paksuus välillä noin 25 -1 524 mikronia (noin 0,001 - 0,060 9 tuumaa). Ensimmäisen membraanin pidikkeet voidaan valmistaa Monel 400 -teräksestä (UNS N 04400); kuitenkin muita materiaaleja, jotka ovat yhteensopivia hitsausprosessin kanssa, käsitelty alla, voidaan myös käyttää. On myös huomattava, että vaikka ensimmäisten pidikkeiden 112 on esitetty koostuvan 5 oleellisen rengasmaisista osista, ne voivat olla muuta haluttua muotoa ja muita paksuuksia eroamatta tämän keksinnön hengestä ja piiristä.
Kuvio 7 on räjäytyskuva naaraspuolisesta läpäisevän membraanin alirakenteesta 114. Tässä suoritusmuodossa naaraspuolinen membraanin alirakenne 114 käsittää naaraspuolisen tiivisterenkaan 136, vetyä läpäisevän 10 membraanin 138, membraanin sisähalkaisijan tiivisteen 140 ja keskustaa tukevan pesulaitteen 142. Tässä suoritusmuodossa naaraspuolinen tiivisterengas 136 on oleellisen litteä rengasosa 144, jossa on kohotettu taho 146, joka ulottuu koko rengasosan 144 ja keskellä sijaitsevan aukon 145 ympäri. On huomioitava, että vaikka tämä suoritusmuoto on esitetty tämän muotoisilla tiivisteren-15 käillä, voi olla muihin tiivistemuotoihin tai materiaaleihin sopivia tiivisterenkaiden muotoja, joita voidaan käyttää eroamatta tämän keksinnön hengestä ja piiristä. Naaraspuolinen tiivisterengas voidaan valmistaa Monel 400 -teräksestä; kuitenkin voidaan käyttää muita materiaaleja, kuten nikkeliä, kuparia, nikkelilejee-rinkejä, kuparilejeerinkejä tai muita lejeerinkejä, jotka antavat yhteensopivan su-20 lamisen valitun läpäisevän membraanimateriaalin kanssa hitsaamisen aikana. Tässä suoritusmuodossa vetyä läpäisevä membraani 138 on oleellisen tasomainen osa, joka on muodoltaan pyöreä, vastakkaiset puolet 148 ja keskellä sijaitseva pyöreä aukko 150. Sisähalkaisijan membraanitiiviste 140 on myös litteä rengasosa, jossa on keskellä sijaitseva pyöreä aukko 151. Myös tässä 25 suoritusmuodossa sisähalkaisijan membraanitiiviste voidaan valmistaa Monel 400 -teräksestä (UNS N 04400); kuitenkin voidaan käyttää muita materiaaleja, 5 kuten nikkeliä, kuparia, nikkelilejeerinkejä, kuparilejeerinkejä tai muita lejeerin- C\1 ^ kejä, jotka antavat yhteensopivan sulamisen valitun läpäisevän membraanima- ° teriaalin kanssa hitsaamisen aikana. Keskustaa tukeva pesulaite 142 on litteä
(M
30 rengasosa, jossa on keskellä sijaitseva aukko 153. Keskustaa tukeva pesulaite | 142 voidaan valmistaa Monel 400 -teräksestä (UNS N 04400); kuitenkin voi- ^ daan käyttää muita materiaaleja, kuten nikkeliä, kuparia, nikkelilejeerinkejä, 00 g kuparilejeerinkejä tai muita lejeerinkejä, jotka antavat yhteensopivan sulamisen o valitun läpäisevän membraanimateriaalin kanssa hitsaamisen aikana.
^ 35 Viitaten taas kuvioon 6, tässä suoritusmuodossa ensimmäisen ja toi sen membraanin tiiviste 116 ja 130 ovat kumpikin oleellisen litteä rengasosa, 10 jossa on vastaavasti keskellä sijaitsevat aukot 155 ja 157. Tässä suoritusmuodossa ensimmäisen ja toisen membraanin tiivisteet 116 ja 130 voidaan valmistaa Monel 400 -lejeeringistä (UNS N 004400); kuitenkin voidaan käyttää muita materiaaleja, kuten nikkeliä, kuparia, nikkelilejeerinkejä, kuparilejeerinkejä tai 5 muita jaloja lejeerinkejä tai muita lejeerinkejä, jotka ovat yhteensopivia hitsin kanssa, jota käytetään yhdistämään viilaavan aineen erotusrakenteen 110 komponentit ja jota käsitellään alla. Ensimmäisen ja toisen membraanin tiivisteet 116 ja 130 voivat olla paksuudeltaan välillä noin 12,7-127 mikronia (0,0005 - 0,005 tuumaa). Kuitenkin muita tiivisteen paksuuksia voidaan käyt-10 tää.
Samoin tässä suoritusmuodossa ensimmäinen ja toinen membraa-nia tukeva metalliverkko 118 ja 128 ovat tasomaisia, rengasmaisia osia, joissa on vastaavasti keskellä sijaitsevat aukot 152 ja 154. Membraania tukevat metalliverkot 118 ja 128 voidaan valmistaa ruostumattoman teräksen lejeeringistä 15 316L silmäluvun ollessa noin 19-1 000 silmää tuumalla, missä silmäluku valitaan riittäväksi tukemaan vetyä läpäiseviä membraaneja 138 ja 162. Kudotun verkon tyyppejä voivat olla tavallinen tasainen neliökudos, neliöllinen toimikas-kudos, suorakaiteen muotoinen tasa- tai toimikaskudos tai kolmikulmainen tasa-tai toimikaskudos. Eräs esimerkki silmäluvusta, jota voidaan käyttää, on 49 sil-20 mää tuumalla. Membraania tukevat metalliverkot 118 ja 128 voidaan valmistaa teräslejeeringeistä, ruostumattoman teräksen lejeeringeistä, nikkelilejeeringeistä tai kuparilejeeringeistä. Metalliverkko voidaan pinnoittaa ohutkalvolla, joka estää metallien välisen diffuusiositoutumisen (tämä on metallien välisen dif-fuusiositoutumisen sulku). Tämä metallien välisen diffuusiositoutumisen sulku 25 voi olla ohutkalvo, joka sisältää vähintään yhtä oksidista, nitridistä, boridista, silisidistä, karbidista tai aluminidista, ja se voidaan levittää käyttäen useita ta-o vanomaisia menetelmiä sisältäen, mutta ei niihin rajoittuen, fysikaalisen kaa-
CM
^ sukasvatuksen (PVD), kemiallisen kaasukasvatuksen ja plasma-avusteisen ? kaasukasvatuksen. Esimerkiksi reaktiivista suihkutusmenetelmää, PVD:n
CM
30 muotoa, voidaan käyttää ohuen oksidikalvon, paksuudeltaan noin 60 - 70 nm | (600 - 700 ängströmia), levittämiseen membraania tukeville metalliverkoille ^ 118 ja 128. Erilaisia oksideja, nitridejä, borideja, silisidejä, karbideja ja alu- 00 g minideja voidaan myös käyttää ohutkalvoon samoin kuin mitä tahansa ohutkal- o voja, mikä on ammattimiehille selvää. Tämän PVD-muodon käyttäminen joh- ^ 35 taa tiiviiseen amorfiseen ohutkalvoon, jolla on suunnilleen sama mekaaninen lujuus kuin pelkällä ohutkalvomateriaalilla 11
Samoin tässä suoritusmuodossa toisen membraanin pidikkeet 120 ovat kumpikin oleellisen litteitä rengasosia. Yhdessä pidikkeessä 120 on keskellä sijaitseva aukko 159 ja pidikkeessä 120 on keskellä sijaitseva aukko 161. Katso kuvio 6. Nämä pidikkeet voivat olla samanpaksuisia kuin ensimmäinen 5 ja toinen membraania tukeva metalliverkko 118 ja 128. Toisen membraanin pidikkeet voidaan valmistaa materiaalista, joka on yhteensopiva hitsin kanssa, käsitelty alla, kuten Monel 400 -teräksestä (UNS N 004400), ja voidaan käyttää nikkeliä, kuparia, nikkelilejeerinkejä, kuparilejeerinkejä, jalometalleja tai -le-jeerinkejä tai muita lejeerinkejä, jotka antavat yhteensopivan sulautumisen 10 valitun membraanimateriaalin tai seoksen kanssa hitsauksen aikana.
Tässä suoritusmuodossa uritettu läpäisevä levy 122 on teräslevy, jossa on useita uria 156, jotka ulkonevat säteittäin ja ulospäin keskiaukosta 158 uritetun läpäisevän levyn 122 kehän suuntaan. Uritetussa läpäisevässä levyssä 122 olevien urien 156 lukumäärä voi vaihdella välillä noin 10-72. Kui-15 tenkin muita sopivia uratiheyksiä voidaan ajatella käytettävän. Läpäisevän levyn kehä 124 valmistetaan Monel 400 -teräksestä (UNS N 04400); kuitenkin voidaan käyttää muita materiaaleja, kuten nikkeliä, kuparia, nikkelilejeerinkejä, kuparilejeerinkejä, jalometalleja tai -lejeerinkejä tai muita lejeerinkejä, jotka antavat yhteensopivan sulamisen valitun membraanimateriaalin tai -lejeeringin 20 kanssa hitsaamisen aikana.
Kuvio 8 on räjäytyskuva urospuolisen läpäisevän membraanin alira-kenteesta 132. Urospuolinen läpäisevän membraanin alirakenne 132 käsittää urospuolisen tiivisterenkaan 160, vetyä läpäisevän membraanin 162, membraanin sisähalkaisijan tiivisteen 164 ja keskustaa tukevan pesulaitteen 166. 25 Vetyä läpäisevät membraanit 138 ja 162 voidaan valmistaa vähintään yhdestä vetyä läpäisevästä metallista tai lejeeringistä, joka sisältää vähintään yhtä vetyä 5 läpäisevää metallia, edullisesti valittuna jaksollisen järjestelmän ryhmien VIIB
CM
^ tai VIIIB siirtymämetalleista. Vetyä läpäisevä membraani 162, membraanin ° sisähalkaisijan tiiviste 164 ja keskustaa tukeva pesulaite 166 ovat rakenteel- 30 taan samanlaisia kuin vastaavasti yllä kuvatut vetyä läpäisevä membraani | 138, membraanin sisähalkaisijan tiiviste 140 ja keskustaa tukeva pesulaite ^ 142. Urospuolinen tiivisterengas 160 on oleellisen litteä rengasosa 168, jossa 00 g on pyöreä kohouma 170, joka kohoaa keskellä sijaitsevan aukon 172 ympäril- o lä. Tässä suoritusmuodossa naaraspuolinen tiivisterengas 136 ja urospuolinen ^ 35 tiivisterengas 160 on valmistettu korkean lujuuden seosmateriaalista, joka on yh teensopiva hitsin kanssa, kuten Monel 400 -teräs. Membraanin sisähalkaisijan 12 tiivisteet 140 ja 164 valmistetaan samasta materiaalista kuin ensimmäinen ja toinen membraanin ulkohalkaisijan tiiviste 116 ja 130, kuvattu yllä.
Kuviot 9-11 ovat erilaisia poikkileikkauskuvia tämän keksinnön kootusta virtaavan aineen erotusrakenteesta, missä kuvio 10 on suurennettu kuva 5 kuviossa 9 esitetyn virtaavan aineen erotusrakenteen 110 osasta A, ja kuvio 11 on poikkileikkaustasokuva kootusta virtaavan aineen erotusrakenteesta 110. Koottaessa kuvioissa 6 - 8 esitetyn virtaavan aineen erotusrakenteen 110 komponentteja aluksi kootaan naaraspuolinen membraanin alirakenne 114 ja urospuolinen membraanin alirakenne 132. Naaraspuolinen tiivisterengas 136, 10 läpäisevä membraani 138, membraanin sisähalkaisijan tiiviste 140 ja keskustaa tukeva pesulaite 142 asetetaan vierekkäin, kuten esitetään kuviossa 11, siten että niiden keskellä sijaitsevat aukot, vastaavasti 145, 150, 151 ja 153, on keskitetty samalle akselille. Ensimmäinen hitsi 171, esitetty kuviossa 11, laitetaan niiden aukkoihin. Ensimmäinen hitsi 171 on hitsipisteen muodossa luoden 15 ilmatiiviin sauman naaraspuolisen tiivisterenkaan 136, läpäisevän membraanin 138, membraanin sisähalkaisijan tiivisteen 140 ja keskustaa tukevan pesulait-teen 142 välille. Hitsi 171 voidaan toteuttaa useilla kaupallisesti saatavissa olevilla tekniikoilla sisältäen, mutta ei rajoittuen niihin, laser-, elektronisuihku- ja volframi-inerttikaasu (TIG) -hitsauksen. Vaihtoehtoisia liitostekniikoita, kuten 20 juottamista ja tinaamista, voidaan myös käyttää halutun tuloksen ollessa kaa-sutiivis sidos tiivisterenkaan 136 ja läpäisevän membraanin 138 välillä. Samalla tavoin urospuolisen membraanin alirakenteen 132 komponentit, joita ovat urospuolinen tiivisterengas 160, läpäisevä membraani 162, membraanin sisähalkaisijan tiiviste 166 ja keskustaa tukeva pesulaite 166, asetetaan myös vie-25 rekkäin, kuten esitetään kuviossa 11, siten että niiden keskellä sijaitsevat aukot, vastaavasti 172,181,183 ja 185, on keskitetty samalle akselille, ja toinen hitsi- o piste 173, esitetty kuviossa 11, laitetaan niiden aukkojen 172, 181, 183 ja 185
CM
^ ympärille. Kuten yllä esitetään, hitsi 173 voidaan toteuttaa useilla kaupallisesti saatavissa olevilla tekniikoilla sisältäen, mutta ei rajoittuen niihin, laser-, elekt-
CM
30 ronisuihku-ja volframi-inerttikaasu (TIG)-hitsauksen.
| Kun naaraspuolisen membraanin alirakenteen 114 komponentit ja ^ urospuolisen membraanin alirakenteen 132 komponentit on kummatkin liitetty 00 g vastaavasti hitseillä 171 ja 173, ne kootaan muiden yllä kuvattujen komponent- S tien kanssa muodostaen virtaavan aineen erotusrakenteen 110. Kuten esitetään o ^ 35 kuviossa 6, ensimmäiset ja toiset pidikeosat 112 ja 120, naaras-ja urospuoliset membraanin alirakenteet 114 ja 132, ensimmäinen ja toinen ulkohalkaisijan 13 tiiviste 116 ja 130, ensimmäinen ja toinen membraania tukeva metalliverkko 118 ja 128, uritettu läpäisevä levy 122 ja läpäisevä kehä 124 keskitetään siten, että niiden keskellä sijaitsevat aukot on keskitetty samalle akselille. Kuten esitetään kuviossa 11, nämä komponentit pysytetään tässä muodossa asetta-5 maila hitsi 174 ensimmäisten ja toisten pidikeosien 112 ja 120, naaras- ja urospuolisten membraanin alirakenteiden 114 ja 132, ensimmäisen ja toisen membraanin ulkohalkaisijan tiivisteen 116 ja 130 ja uritetun läpäisevän kehän 124 ulkoreunalle. Vaihtoehtoisesti nämä osat voitaisiin koota siten, että niiden keskellä sijaitsevat aukot on keskitetty samalle akselille, kuten esitetään kuvios-10 sa 11, ja kiinnitetään toisiinsa suorittamalla hitsaus- tai tinaustoimenpide ensimmäisten ja toisten pidikeosien 112 ja 120, naaras-ja urospuolisten membraanin alirakenteiden 114 ja 132, ensimmäisen ja toisen membraanin ulkohalkaisijan tiivisteen 116 ja 130 ja uritetun läpäisevän kehän 124 ulkoreunalle. Kuten nähdään kuviosta 10, uritetun läpäisevän levyn 122 ja läpäisevän kehän 15 124 välissä on tila 175, joka sallii lämpötilan muuttumisesta johtuvan virtaavan aineen erotusrakenteen 110 komponenttien laajenemisen ja supistumisen. Koottuna virtaavan aineen erotusrakenne 110 voi olla paksuudeltaan 0,254-3,175 mm (0,010 - 0,125 tuumaa) riippuen käytettyjen komponenttien paksuudesta.
20 Erotettaessa vetyä kaasuseoksesta, joka sisältää vetyä, kaasuseos johdetaan kohti naaraspuolisen membraanin alirakenteen 114 ja urospuolisen membraanin alirakenteen läpäiseviä membraaneja, vastaavasti 138 ja 162, suunnissa D ja E, kuten esitetään kuviossa 11. Selvyyden vuoksi naaraspuolisen ja urospuolisen membraanin alirakenteen 114 ja 132 läpäisevien memb-25 raanien, vastaavasti 138 ja 162, esitetään kuviossa 11 olevan erossa ensimmäisestä ja toisesta membraania tukevasta metalliverkosta 118 ja 128; kuitenkin 5 käytössä läpäisevät membraanit 138 ja 162 ovat kosketuksessa ensimmäisen
(M
^ ja toisen membraania tukevan metalliverkon 118 ja 128 kanssa ja niiden tu- ° kemina. Kun vetyä sisältävä kaasuseos tulee kosketukseen vetyä läpäisevien C\l 30 membraanien 138 ja 162 kanssa, vety kulkee membraanien 138 ja 162 läpi, | kulkee ensimmäisen ja toisen membraania tukevan metalliverkon 118 ja 128 ^ läpi ja saapuu uritetulle läpäisevälle levylle 122, jossa vety saapuu tiettyyn
CO
g uraan 156 ja johdetaan kohti keskiakselia C urien 156 muodostamilla kanavilla, o Virtaavan aineen erotusrakenteen 110 komponenttien keskusaukot, esitetty ku- ^ 35 viossa 6, muodostavat kanavan 180, johon puhdistettu vety kerätään ja kulje tetaan haluttuun paikkaan. Kanavan 180 halkaisija voi olla välillä noin 0,635- 14 2,54 cm (0,25 -1 tuumaa). Tämän halkaisijan määräävät virtaavan aineen ero-tusrakenteen 110 komponentit ja halu, että vedyn virtaus on oleellisen estymä-tön. Kaasuseoksessa olevien muiden kaasujen kuin vedyn saapuminen virtaavan aineen erotusrakenteeseen 110 estyy viilaavaa ainetta läpäisevillä mem-5 braaneilla 138 ja 162. Loput vetyköyhdytetystä kaasusta johdetaan virtaavan aineen erotusrakenteen 110 ulkopuolelle tässä suoritusmuodossa.
Kuviot 12 ja 13 kuvailevat moduulia 185, jossa käytetään useita tämän keksinnön virtaavan aineen erotusrakenteita 110, missä kuvio 13 on moduulin 185 suurennettu osa B. Kukin virtaavan aineen erotusrakenteista 110 10 on esitetty kiinteänä kappaleen selkeyden vuoksi. Kuitenkin kukin virtaavan aineen erotusrakenteista 110 on sama kuin kuvioissa 5-11 esitetyt virtaavan aineen erotusrakenteet 110. Moduulissa 185 on syöttökaasun syöttöyhde 191, läpäisevä poistoyhde 190 ja poistokaasun poistoyhde 193. Virtaavan aineen erotusrakenteet 110 on keskitetty samalle akselille. Jakolevyt 187 on asennettu 15 virtaavan aineen erotusrakenteiden 110 väliin ja erottavat niitä. Jakolevyt 187 on sijoitettu tiivisterenkaiden 136 olakkeille sillä tavalla, että ne sijaitsevat samalla etäisyydellä peräkkäisten virtaavan aineen erotusrakenteiden 110 läpäisevien membraanirakenteiden 114 ja 132 tasopinnasta. Jakolevyjä 187 ei ole liitetty kiinteästi tiivisterenkaisiin 136 ja 160, vaan ne pikemminkin lepäävät tii-20 visterenkaiden 136 olakkeilla. Jakolevyn 187 keskiaukon ja naaraspuolisen tii-visterenkaan 136 olakkeen välissä on riittävä väli, jotta jakolevyt 187 ja virtaavan aineen erotusrakenteet 110 voivat asettua membraanikotelon seinämän sisälle riippumatta virtaavan aineen erotusrakenteiden 110 asennosta. Kussakin jakolevyssä on aukkoja 189. Virtaavan aineen erotuslaitteistot 110 on asetettu 25 toisiinsa nähden siten, että kukin virtaavan aineen erotusrakenteen 110 kanavista 180 muodostaa suuremman kanavan 190. Vetyä sisältävän kaasuseok-5 sen reitti, jota kuvataan nuolella G, saapuu aukkoon 189 ja kulkee virtaavan
(M
^ aineen erotusrakenteen 110 ulkopintaa pitkin, jossa osa kaasuseoksen vedystä ° pystyy saapumaan virtaavan aineen erotusrakenteeseen 110 läpäisevillä
CM
30 membraaneilla 138 ja 162 ja ohjautuu reittiä F pitkin suurempaan kanavaan | 190 ja jäljelle jäänyt kaasuseos seuraa nuolta G ja kierukoita jakolevyjen 187, ^ virtaavan aineen erotusrakenteen 110 ja moduulin 185 sisäseinämän 192 muo- 00 g dostaman kanavan läpi. Kaasuseoksen matkatessa tämän kanavan läpi se on δ kosketuksessa useiden muiden virtaavan aineen erotusrakenteiden 110 ulko- o ^ 35 pintojen kanssa, jolloin enemmän kaasuseoksessa jäljellä olevasta vedystä läpäisee läpäisevän membraanin 138 ja 162 ja seuraa reittiä F johtaen tämän 15 puhdistetun vedyn saapumiseen suurempaan kanavaan 190. Loppuosa vety-köyhdytetystä kaasuseoksesta poistuu moduulin 185 vastakkaisessa päässä sijaitsevan aukon 193 kautta virrattuaan koko sarjan viilaavan aineen erotus-rakenteita 110 yli.
5 Vaikka tätä keksintöä on kuvattu sen yllä kuvattujen suoritusmuoto jen yhteydessä, odotetaan, että monia muunnoksia ja muutoksia tullaan kehittämään. Tämän patenttiselityksen ja seuraavien patenttivaatimusten on tarkoitus kattaa kaikki tällaiset muunnokset ja muutokset.
δ
(M
h-· o
(M
x en
CL
00 σ> o δ o
(M
Claims (19)
1. Virtaavan aineen erotusrakenne (110), tunnettu siitä, että se käsittää: a. läpäisevän levyn (122), jossa on ensimmäinen pinta, toinen pinta, 5 virtaavan aineen poistoyhde (158) ja virtaavan aineen kanavat (156), jotka ulottuvat mainitusta virtaavan aineen poistoyhteestä läpäisevästä levystä poispäin olevassa suunnassa; b. ensimmäisen ja toisen membraania tukevan metalliverkon (118, 128) mainitun läpäisevän levyn mainitun ensimmäisen pinnan ja vastaavasti 10 mainitun toisen pinnan vieressä, jolloin kumpikin mainituista ensimmäisestä ja toisesta membraania tukevasta metalliverkosta (118, 128) käsittää metallista tai metalliseoksesta koostuvan metalliverkon, jossa on pinnoite, joka on metallien välisen diffuusiositoutumisen sulku, jolloin mainittu metallien välisen dif-fuusiositoutumisen sulku sisältää yhdistettä, joka on valittu ryhmästä, jonka 15 muodostavat oksidit, nitridit, boridit, silisidit, karbidit ja aluminidit, ja jossa on mainitun läpäisevän levyn (122) mainitun virtaavan aineen poistoyhteen (158) kanssa kohdistettu aukko (152); ja c. ensimmäisen ja toisen vetyä läpäisevän membraanin (138, 162), joka käsittää metallia tai metalliseosta, jolloin mainittu ensimmäinen vetyä lä- 20 päisevä membraani (138) on mainitun ensimmäisen membraania tukevan metalliverkon (118) pinnan vieressä vastapäätä mainittua läpäisevää levyä (122), mainittu toinen vetyä läpäisevä membraani (162) on mainitun toista membraania tukevan metalliverkon (128) pinnan vieressä vastapäätä mainittua läpäisevää levyä, jolloin kummassakin mainituista ensimmäisestä ja toisesta läpäise-25 vistä membraanilevyistä (138, 162) on mainitun virtaavan aineen poistoyhteen ^ (158) kanssa kohdistettu aukko (150, 181).
^ 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne 9 (110), t u n n e 11 u siitä, että läpäisevä levy (122) on uritettu läpäisevä levy.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne g 30 (110), tunnettu siitä, että mainittujen vetyä läpäisevien membraanien CL (138, 162) ja mainittujen membraanitukien (118, 128) ja mainitun läpäisevän § levyn (122) mainittu poistoyhde sijaitsevat keskellä ja on kohdistettu samalle 5 akselille keskikanavan (180) muodostamiseksi, o CM
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne (110), tunnettu siitä, että mainitut vetyä läpäisevät membraanit (138,162), mainitut membraanituet (118, 128) ja mainittu läpäisevä levy (122) ovat oleellisen litteitä ja mainittu läpäisevä levy (122) sisältää mainitut virtaavan aineen 5 kanavat määräävät urat (156), ja mainitut urat (156) sijaitsevat säteittäin.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne (110), tunnettu siitä, että kumpikin mainituista vetyä läpäisevistä mem-braaneista (138, 162) lisäksi käsittää tiivistepesän (136, 160), membraanitiivis-teen (140, 164) ja pesulaitteen (142, 166), jotka sijaitsevat suunnilleen maini- 10 tussa aukossa (152, 145, 172) ensimmäisen ja toisen membraanin aliraken-teen (114, 132) muodostamiseksi, jolloin mainitut tiivistepesät (136, 160), mainitut membraanitiivisteet (140, 164) ja mainitut pesulaitteet (142, 166) on liitetty mainittuihin vetyä läpäiseviin membraaneihin (138,162).
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne 15 (110), t u n n e 11 u siitä, että se lisäksi käsittää ilmatiiviin liitokset, jolloin mainittu ilmatiivis liitos käsittää hitsipisteen (171,173), joka on kiinnittynyt kumpaankin mainituista ensimmäisestä ja toisesta membraanin alirakenteesta (114, 132).
7. Patenttivaatimuksen 2 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne (110), tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää tiivisteet (116, 130), jolloin yksi 20 mainituista tiivisteistä (116, 130) sijaitsee kunkin mainituista ensimmäisestä ja toisesta membraania tukevasta metalliverkosta (118,132) vieressä.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne (110), tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää läpäisevän kehän (124), joka ympäröi mainittua läpäisevää levyä (122) ja että mainittu läpäisevä kehä (124), 25 mainitut ensimmäiset pidikkeet (112), mainitut toiset pidikkeet (120) mainitut läpäisevät membraanit (138, 162) ja mainitut tiivisteet (116, 130) on liitetty ke- o häitään yhteen, ja että mainitun läpäisevän levyn (122) ja mainitun läpäisevän cv ^ kehän (124) väli määrää raon (175).
? 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne CV h" 30 (110), tu n n ett u siitä, että mainittu läpäisevä kehä (124), mainitut ensim- | mäiset pidikkeet (112), mainitut toiset pidikkeet (120), mainitut läpäisevät ^ membraanit (138, 162) ja mainitut tiivisteet (116, 130) on liitetty kehältään yh- 00 g teen hitsipisteellä (174). δ
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaavan aineen erotusraken- p ^ 35 ne (110), t u n n e 11 u siitä, että mainitut vetyä läpäisevät membraanit (138, 162. käsittävät palladiumia tai palladiumlejeerinkiä.
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaavan aineen erotusraken-ne (110), tunnettu siitä, että mainitut membraania tukevat metalliverkot (118, 128) käsittävät ruostumatonta terästä.
12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen virtaavan aineen erotusraken-5 ne (110), t u n n e 11 u siitä, että mainitut metallien välisen diffuusiositoutumi- sen sulku sisältää yhtä oksidista ja nitridistä.
13. Virtaavan aineen erotusmoduuli (185), tunnettu siitä, että se käsittää useita patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukaisia virtaavan aineen ero-tusrakenteita (110).
14. Menetelmä halutun virtaavan aineen erottamiseksi virtaavien ai neiden seoksesta, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa: hankitaan jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen virtaavan aineen erotusrakenne (110) ja virtaavan aineen erotusrakenteen (110) vetyä läpäisevät mem- 15 braanit saatetaan kosketukseen virtaavien aineiden seoksen kanssa.
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallien välisen diffuusiositoutumisen sulku on ohutkalvo.
16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, jossa membraania tukeva metalliverkko on ruostumatonta terästä oleva verkko, jonka silmäluku 20 on välillä noin 7 - 394 silmää senttimetriä kohti (19-1 000 silmää tuumaa kohti).
17. Menetelmä virtaavan aineen erotusrakenteen valmistamiseksi käsittäen vaiheet, joissa: a. hankitaan patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen virtaavan aineen 25 erotusrakenne (110) ja b. suljetaan ilmatiiviisti ensimmäinen pidike (112), tiiviste (116, 130) 5 ja toinen pidike (120) ulkokehiltään. (M
^ 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, jossa metallien ° välisen diffuusiositoutumisen sulku on ohut kalvo. (M
19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, jossa membraa- | nia tukeva metalliverkko (118, 128) on ruostumatonta terästä oleva verkko, ^ jonka silmäluku on välillä noin 7 - 394 silmää senttimetriä kohti (19-1 000 sil- 00 g mää tuumaa kohti), δ o CM
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10778498P | 1998-11-10 | 1998-11-10 | |
| US10778498 | 1998-11-10 | ||
| US42250599 | 1999-10-21 | ||
| US09/422,505 US6602325B1 (en) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | Fluid separation assembly |
| PCT/US1999/026527 WO2000027507A1 (en) | 1998-11-10 | 1999-11-10 | Hydrogen separation membrane |
| US9926527 | 1999-11-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20010984A FI20010984A (fi) | 2001-05-10 |
| FI122170B true FI122170B (fi) | 2011-09-30 |
Family
ID=26805148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20010984A FI122170B (fi) | 1998-11-10 | 2001-05-10 | Vedyn erotusmembraani |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6582499B2 (fi) |
| EP (1) | EP1137477B1 (fi) |
| JP (1) | JP2002529220A (fi) |
| KR (1) | KR100592625B1 (fi) |
| AU (1) | AU767080B2 (fi) |
| CA (1) | CA2351191C (fi) |
| CH (1) | CH694150A5 (fi) |
| DE (1) | DE19983751B4 (fi) |
| DK (2) | DK177264B1 (fi) |
| ES (1) | ES2199663B1 (fi) |
| FI (1) | FI122170B (fi) |
| SE (1) | SE526425C2 (fi) |
| WO (1) | WO2000027507A1 (fi) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319306B1 (en) * | 2000-03-23 | 2001-11-20 | Idatech, Llc | Hydrogen-selective metal membrane modules and method of forming the same |
| US6494937B1 (en) | 2001-09-27 | 2002-12-17 | Idatech, Llc | Hydrogen purification devices, components and fuel processing systems containing the same |
| US6835232B2 (en) * | 1998-11-10 | 2004-12-28 | Frost Chester B | Fluid separation assembly and fluid separation module |
| US6767389B2 (en) * | 1999-03-22 | 2004-07-27 | Idatech, Llc | Hydrogen-selective metal membranes, membrane modules, purification assemblies and methods of forming the same |
| DE10044406A1 (de) * | 1999-10-19 | 2001-07-05 | Ford Global Tech Inc | Wasserstoff-Separator und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US6660069B2 (en) * | 2001-07-23 | 2003-12-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hydrogen extraction unit |
| US7033641B2 (en) * | 2001-09-26 | 2006-04-25 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Gas separating unit and method for manufacturing the same |
| KR100715103B1 (ko) * | 2001-10-26 | 2007-05-07 | 에스케이 주식회사 | 수소정제모듈 |
| US20030230623A1 (en) * | 2002-06-17 | 2003-12-18 | Fleckenstein Joseph Edward | Means for brazing palladium alloy elements intended for hydrogen purifier |
| US7353982B2 (en) * | 2003-11-25 | 2008-04-08 | Membrane Reactor Technologies Ltd. | Diffusion bonding for metallic membrane joining with metallic module |
| CA2463386A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-02 | Mcmaster University | Membrane adsorption module |
| FR2873935B1 (fr) | 2004-08-06 | 2006-11-03 | Cie D Etudes Des Technologies | Systeme etage de production d'hydrogene purifie, a partir d'un melange gazeux reactionnel comprenant un compose hydrocarbone |
| DE102004057107B8 (de) * | 2004-11-26 | 2016-07-28 | A3 Water Solutions Gmbh | Rahmenloser, plattenförmiger Filtrationskörper und Filtrationsmodul |
| JP2007000858A (ja) * | 2005-05-23 | 2007-01-11 | Kobe Steel Ltd | 水素透過部材およびその製造方法 |
| JP4853617B2 (ja) * | 2005-11-09 | 2012-01-11 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 水素精製モジュール |
| US20110061376A1 (en) * | 2009-02-17 | 2011-03-17 | Mcalister Technologies, Llc | Energy conversion assemblies and associated methods of use and manufacture |
| US8110022B2 (en) * | 2009-04-16 | 2012-02-07 | Genesis Fueltech, Inc. | Hydrogen purifier module and method for forming the same |
| US8226750B2 (en) * | 2009-05-05 | 2012-07-24 | Genesis Fueltech, Inc. | Hydrogen purifier module with membrane support |
| US11738305B2 (en) | 2012-08-30 | 2023-08-29 | Element 1 Corp | Hydrogen purification devices |
| US9187324B2 (en) | 2012-08-30 | 2015-11-17 | Element 1 Corp. | Hydrogen generation assemblies and hydrogen purification devices |
| US10717040B2 (en) | 2012-08-30 | 2020-07-21 | Element 1 Corp. | Hydrogen purification devices |
| KR101406868B1 (ko) * | 2012-11-15 | 2014-06-13 | 한국원자력연구원 | 플랜지형 수소 동위 원소 침투 장치 |
| US10476093B2 (en) | 2016-04-15 | 2019-11-12 | Chung-Hsin Electric & Machinery Mfg. Corp. | Membrane modules for hydrogen separation and fuel processors and fuel cell systems including the same |
| US11712655B2 (en) | 2020-11-30 | 2023-08-01 | H2 Powertech, Llc | Membrane-based hydrogen purifiers |
Family Cites Families (101)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA724479A (en) * | 1965-12-28 | P. Murphy Kevin | Process of separating helium and/or hydrogen from gaseous mixtures containing same | |
| US2824620A (en) * | 1955-09-12 | 1958-02-25 | Universal Oil Prod Co | Purification of hydrogen utilizing hydrogen-permeable membranes |
| US3206198A (en) * | 1962-10-09 | 1965-09-14 | Kenneth C Sherman | Mechanism for sorting and delivering bowling balls and pins |
| US3350176A (en) * | 1964-03-24 | 1967-10-31 | Engelhard Ind Inc | Hydrogen generator |
| US3336730A (en) * | 1964-11-17 | 1967-08-22 | Union Carbide Corp | Hydrogen continuous production method and apparatus |
| US3428476A (en) * | 1965-06-22 | 1969-02-18 | Engelhard Min & Chem | Method for producing hydrogen diffusion cells |
| US3344586A (en) * | 1965-06-22 | 1967-10-03 | Engelhard Ind Inc | Gas separation apparatus |
| US3450500A (en) * | 1965-08-03 | 1969-06-17 | United Aircraft Corp | Method for catalytically reforming hydrogen-containing carbonaceous feed-stocks by simultaneous abstractions through a membrane selectively permeable to hydrogen |
| US3368329A (en) * | 1965-08-10 | 1968-02-13 | Eguchi Takashi | Hydrogen purification apparatus |
| US3447288A (en) * | 1965-08-23 | 1969-06-03 | Prototeck Inc | Gas-diffusion assembly including thin hydrogen-permeable impervious foil |
| US3398834A (en) * | 1966-10-10 | 1968-08-27 | Aerojet General Co | Reverse osmosis water purification apparatus and cell therefor |
| US3439474A (en) * | 1967-08-17 | 1969-04-22 | Union Carbide Corp | Method for hydrogen separation and purification |
| US3469944A (en) * | 1968-05-13 | 1969-09-30 | Joseph P Bocard | Process and apparatus for the manufacture of hydrogen for fuel cells |
| US3486301A (en) * | 1968-08-05 | 1969-12-30 | Engelhard Min & Chem | Hydrogen diffusion apparatus |
| US3520803A (en) * | 1968-12-24 | 1970-07-21 | Ionics | Membrane fluid separation apparatus and process |
| GB1287584A (en) * | 1969-02-07 | 1972-08-31 | Johnson Matthey Co Ltd | Diffusion cell |
| US3564819A (en) * | 1970-02-24 | 1971-02-23 | Gen Electric | Membrane package construction |
| US3665680A (en) * | 1970-12-18 | 1972-05-30 | Engelhard Min & Chem | Hydrogen diffusion apparatus |
| US3713270A (en) * | 1971-05-24 | 1973-01-30 | Nat Res Dev | Hydrogen diffusion membranes |
| BE788610A (fr) * | 1971-09-09 | 1973-03-08 | Rhone Poulenc Sa | Appareil separateur a membranes utilisable en permeation gazeuse et en pervaporation |
| JPS4873388A (fi) * | 1971-12-29 | 1973-10-03 | ||
| US3761382A (en) * | 1972-06-21 | 1973-09-25 | Triangle Environment Corp | Ers and the like apparatus for generating purifying and delivering hydrogen for analyz |
| FR2207747B1 (fi) * | 1972-11-24 | 1975-07-04 | Rhone Poulenc Ind | |
| BE795954A (fr) * | 1973-02-05 | 1973-08-27 | Uralsky Politekhn Inst | Procede d'obtention de l'hydrogene de tres grande purete |
| US4072625A (en) * | 1975-03-03 | 1978-02-07 | Imperial Chemical Industries Limited | Steam-hydrocarbon process |
| US3972695A (en) * | 1975-05-12 | 1976-08-03 | Trienco, Inc. | Hydrogen purifier |
| US4003725A (en) * | 1975-05-12 | 1977-01-18 | Trienco, Inc. | Apparatus for purifying hydrogen gas |
| US4056373A (en) * | 1976-05-12 | 1977-11-01 | Resource Systems, Inc. | Hydrogen-purification apparatus with palladium-alloy filter coil |
| US4132668A (en) * | 1977-04-06 | 1979-01-02 | Gryaznov Vladimir M | Method of preparing a hydrogen-permeable membrane catalyst on a base of palladium or its alloys for the hydrogenation of unsaturated organic compounds |
| CH625712A5 (fi) * | 1977-12-01 | 1981-10-15 | Kilcher Chemie Ag | |
| SE7801231L (sv) * | 1978-02-02 | 1979-08-03 | Gambro Ab | Anordning for diffusion av emnen mellan tva fluida atskilda av ett semipermeabelt membran |
| US4254086A (en) * | 1978-12-27 | 1981-03-03 | Sanders Alfred P | Endothermal water decomposition unit for producing hydrogen and oxygen |
| US4468235A (en) * | 1979-02-15 | 1984-08-28 | Hill Eugene F | Hydrogen separation using coated titanium alloys |
| US4248688A (en) * | 1979-09-04 | 1981-02-03 | International Business Machines Corporation | Ion milling of thin metal films |
| US4331520A (en) * | 1979-10-26 | 1982-05-25 | Prototech Company | Process for the recovery of hydrogen-reduced metals, ions and the like at porous hydrophobic catalytic barriers |
| US4319923A (en) * | 1979-12-26 | 1982-03-16 | Western Electric Co., Inc. | Recovery of gold and/or palladium from an iodide-iodine etching solution |
| JPS5935631B2 (ja) * | 1980-07-24 | 1984-08-29 | テルモ株式会社 | 体液「ろ」過装置 |
| US4422911A (en) * | 1982-06-14 | 1983-12-27 | Prototech Company | Method of recovering hydrogen-reduced metals, ions and the like at porous catalytic barriers and apparatus therefor |
| EP0106523B1 (en) * | 1982-09-13 | 1987-04-01 | Johnson Matthey Public Limited Company | Diffusion cell |
| US4472176A (en) * | 1983-08-01 | 1984-09-18 | Resource Systems, Inc. | Apparatus and method for the production of pure hydrogen from a hydrogen-containing crude gas |
| DE3332348A1 (de) * | 1983-09-08 | 1985-04-04 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Wasserstoff-permeationswand |
| DE3332346A1 (de) * | 1983-09-08 | 1985-04-04 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Wasserstoff-permeationswand, verfahren zur herstellung derselben und deren verwendung |
| DE3332345C2 (de) * | 1983-09-08 | 1986-08-07 | Doduco KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim | Filtermaterial aus Metallgewebe |
| DE3424208A1 (de) * | 1984-06-30 | 1986-01-16 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Verfahren und vorrichtung zur umsatzsteigerung von mit wasserstoffbildung ablaufenden gasreaktionen |
| US4613436A (en) * | 1984-10-31 | 1986-09-23 | Separex Corporation | Membrane assembly for fluid separations-disk |
| US4810485A (en) * | 1986-08-25 | 1989-03-07 | Institute Of Gas Technology | Hydrogen forming reaction process |
| JPH0642940B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1994-06-08 | 東洋エンジニアリング株式会社 | 気体吸熱反応用装置 |
| JP2596767B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1997-04-02 | 日本パイオニクス株式会社 | 水素の精製方法および装置 |
| JP2572612B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1997-01-16 | 日本パイオニクス株式会社 | 水素の精製方法 |
| JPH07112532B2 (ja) * | 1988-04-13 | 1995-12-06 | 昭和アルミニウム株式会社 | 濾過膜の製造方法 |
| JPH0217918A (ja) * | 1988-07-06 | 1990-01-22 | Sanyo Chem Ind Ltd | 気体分離膜モジュール |
| FR2637817B1 (fr) * | 1988-10-17 | 1992-10-09 | Eurodia Sa | Cadre separateur pour dispositifs d'echange entre deux fluides |
| JPH0317026A (ja) * | 1989-06-13 | 1991-01-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 脱水素反応方法 |
| JPH0534736Y2 (fi) * | 1989-07-11 | 1993-09-02 | ||
| NL8902565A (nl) * | 1989-10-16 | 1991-05-16 | Amafilter Bv | Inrichting voor membraanfiltratie. |
| US4981676A (en) * | 1989-11-13 | 1991-01-01 | Minet Ronald G | Catalytic ceramic membrane steam/hydrocarbon reformer |
| US5229102A (en) * | 1989-11-13 | 1993-07-20 | Medalert, Inc. | Catalytic ceramic membrane steam-hydrocarbon reformer |
| US5354547A (en) * | 1989-11-14 | 1994-10-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrogen recovery by adsorbent membranes |
| US5215729A (en) * | 1990-06-22 | 1993-06-01 | Buxbaum Robert E | Composite metal membrane for hydrogen extraction |
| US5217506A (en) * | 1990-08-10 | 1993-06-08 | Bend Research, Inc. | Hydrogen-permeable composite metal membrane and uses thereof |
| US5393325A (en) * | 1990-08-10 | 1995-02-28 | Bend Research, Inc. | Composite hydrogen separation metal membrane |
| US5645626A (en) * | 1990-08-10 | 1997-07-08 | Bend Research, Inc. | Composite hydrogen separation element and module |
| US5139541A (en) * | 1990-08-10 | 1992-08-18 | Bend Research, Inc. | Hydrogen-permeable composite metal membrane |
| CA2048849A1 (en) * | 1990-08-10 | 1992-02-11 | David J. Edlund | Thermally stable composite hydrogen-permeable metal membranes |
| US5498278A (en) * | 1990-08-10 | 1996-03-12 | Bend Research, Inc. | Composite hydrogen separation element and module |
| DE4028379A1 (de) * | 1990-09-07 | 1992-03-12 | Seitz Filter Werke | Filtrationsmodul und filtrationsvorrichtung zur trennung und filtration von fluiden im crossflow-verfahren, sowie verfahren zur herstellung des filtrationsmoduls |
| US5158581A (en) * | 1991-07-29 | 1992-10-27 | Coplan Myron J | Fluid separation membrane module with hollow fibers having segregated active surface regions |
| JP2960998B2 (ja) * | 1991-09-25 | 1999-10-12 | 三菱重工業株式会社 | 水素ガス分離膜 |
| FR2685218B1 (fr) * | 1991-12-19 | 1994-02-11 | Institut Francais Petrole | Epurateur d'hydrogene comprenant une embase en alliage de meme composition que celui des tubes. |
| US5269917A (en) * | 1992-02-28 | 1993-12-14 | Millipore Corporation | Filtration apparatus having stress relief groove |
| US5205841A (en) * | 1992-04-03 | 1993-04-27 | Tpc Technologies, Inc. | Apparatus and method for extracting hydrogen |
| CA2094198A1 (en) * | 1992-05-15 | 1993-11-16 | David J. Edlund | Hydrogen-permeable composite metal membrane and uses thereof |
| JPH06134244A (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-17 | Orion Mach Co Ltd | 膜式気体ドライヤ |
| CA2081170C (en) * | 1992-10-22 | 2002-12-24 | Alaa-Eldin Moustafa Adris | Fluidized bed reaction system for steam/hydrocarbon gas reforming to produce hydrogen |
| DE4303936C1 (de) * | 1993-02-10 | 1994-08-18 | Gore W L & Ass Gmbh | Vorrichtung zur Entfernung von gasförmigen Stoffen aus einem Gasstrom |
| CA2118956C (en) * | 1993-03-16 | 1998-08-25 | Yoshinori Shirasaki | Hydrogen producing apparatus |
| JP2991609B2 (ja) * | 1993-10-18 | 1999-12-20 | 日本碍子株式会社 | ガス分離体と金属との接合体および水素ガス分離装置 |
| US5821185A (en) * | 1994-01-14 | 1998-10-13 | Eltron Research, Inc. | Solid state proton and electron mediating membrane and use in catalytic membrane reactors |
| US5520807A (en) * | 1994-05-11 | 1996-05-28 | Uop | Stacked fluid-separation membrane disk module assemblies |
| US5500122A (en) * | 1994-05-11 | 1996-03-19 | Uop | Stacked fluid-separation membrane disk module assemblies |
| US5536405A (en) * | 1994-05-11 | 1996-07-16 | Uop | Stacked membrane disk assemblies for fluid separations |
| US5525322A (en) * | 1994-10-12 | 1996-06-11 | The Regents Of The University Of California | Method for simultaneous recovery of hydrogen from water and from hydrocarbons |
| DE4447211C2 (de) * | 1994-12-30 | 1998-01-15 | Geesthacht Gkss Forschung | Vorrichtung zur Trennung von Stoffgemischen mittels voneinander beabstandeter, gestapelter Membranelemente |
| US5663488A (en) * | 1995-05-31 | 1997-09-02 | Hewlett-Packard Co. | Thermal isolation system in an analytical instrument |
| US5738708A (en) * | 1995-06-07 | 1998-04-14 | The Regents Of The University Of California Office Of Technology Transfer | Composite metal membrane |
| US5888273A (en) * | 1996-09-25 | 1999-03-30 | Buxbaum; Robert E. | High temperature gas purification system |
| JP3540495B2 (ja) * | 1996-03-18 | 2004-07-07 | 三菱重工業株式会社 | 水素分離膜 |
| US5858314A (en) * | 1996-04-12 | 1999-01-12 | Ztek Corporation | Thermally enhanced compact reformer |
| DE19618816C2 (de) * | 1996-05-10 | 1999-08-26 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Membranreaktor zur Erzeugung von CO- und CO¶2¶-freiem Wasserstoff |
| US6171574B1 (en) * | 1996-09-24 | 2001-01-09 | Walter Juda Associates, Inc. | Method of linking membrane purification of hydrogen to its generation by steam reforming of a methanol-like fuel |
| US5997594A (en) * | 1996-10-30 | 1999-12-07 | Northwest Power Systems, Llc | Steam reformer with internal hydrogen purification |
| US6152995A (en) * | 1999-03-22 | 2000-11-28 | Idatech Llc | Hydrogen-permeable metal membrane and method for producing the same |
| US6221117B1 (en) * | 1996-10-30 | 2001-04-24 | Idatech, Llc | Hydrogen producing fuel processing system |
| US5861137A (en) * | 1996-10-30 | 1999-01-19 | Edlund; David J. | Steam reformer with internal hydrogen purification |
| US5904754A (en) * | 1997-06-20 | 1999-05-18 | Walter Juda Associates | Diffusion-bonded palladium-copper alloy framed membrane for pure hydrogen generators and the like and method of preparing the same |
| US5965010A (en) * | 1997-07-15 | 1999-10-12 | Niagara Mohawk Power Corporation | Electrochemical autothermal reformer |
| US5938800A (en) * | 1997-11-13 | 1999-08-17 | Mcdermott Technology, Inc. | Compact multi-fuel steam reformer |
| US6152987A (en) * | 1997-12-15 | 2000-11-28 | Worcester Polytechnic Institute | Hydrogen gas-extraction module and method of fabrication |
| US6238465B1 (en) * | 1998-12-31 | 2001-05-29 | Walter Juda Associates, Inc. | Method of producing thin palladium-copper and the like, palladium alloy membranes by solid-solid metallic interdiffusion, and improved membrane |
| US6103028A (en) * | 1999-02-18 | 2000-08-15 | Walter Juda Associates, Inc. | Method of fabricating thinned free-standing metallic hydrogen-selective palladium-bearing membranes and novel pin-hole-free membranes formed thereby |
| JP2001015142A (ja) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池車両の走行方法及び燃料電池車両 |
-
1999
- 1999-11-10 EP EP99961621A patent/EP1137477B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-10 DE DE19983751T patent/DE19983751B4/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-10 WO PCT/US1999/026527 patent/WO2000027507A1/en active IP Right Grant
- 1999-11-10 AU AU18158/00A patent/AU767080B2/en not_active Expired
- 1999-11-10 CH CH00854/01A patent/CH694150A5/de not_active IP Right Cessation
- 1999-11-10 CA CA002351191A patent/CA2351191C/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-11-10 KR KR1020017005881A patent/KR100592625B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-11-10 JP JP2000580728A patent/JP2002529220A/ja active Pending
- 1999-11-10 ES ES200150043A patent/ES2199663B1/es not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-05-10 SE SE0101634A patent/SE526425C2/sv not_active IP Right Cessation
- 2001-05-10 DK DKPA200100737A patent/DK177264B1/da not_active IP Right Cessation
- 2001-05-10 FI FI20010984A patent/FI122170B/fi not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-09-13 US US10/243,018 patent/US6582499B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2010
- 2010-12-17 DK DKPA201070550A patent/DK178650B1/da not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1137477A1 (en) | 2001-10-04 |
| ES2199663A1 (es) | 2004-02-16 |
| AU767080B2 (en) | 2003-10-30 |
| DE19983751T1 (de) | 2001-11-29 |
| WO2000027507A1 (en) | 2000-05-18 |
| CA2351191C (en) | 2005-02-22 |
| EP1137477B1 (en) | 2010-08-04 |
| KR20010086015A (ko) | 2001-09-07 |
| DK200100737A (da) | 2001-07-10 |
| AU1815800A (en) | 2000-05-29 |
| DK201070550A (da) | 2010-12-17 |
| US20030033933A1 (en) | 2003-02-20 |
| SE0101634D0 (sv) | 2001-05-10 |
| JP2002529220A (ja) | 2002-09-10 |
| SE0101634L (sv) | 2001-06-26 |
| ES2199663B1 (es) | 2005-05-01 |
| CA2351191A1 (en) | 2000-05-18 |
| KR100592625B1 (ko) | 2006-06-23 |
| DE19983751B4 (de) | 2008-04-17 |
| US6582499B2 (en) | 2003-06-24 |
| FI20010984A (fi) | 2001-05-10 |
| DK177264B1 (da) | 2012-09-10 |
| DK178650B1 (da) | 2016-10-17 |
| CH694150A5 (de) | 2004-08-13 |
| SE526425C2 (sv) | 2005-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI122170B (fi) | Vedyn erotusmembraani | |
| US6602325B1 (en) | Fluid separation assembly | |
| JP2002529220A5 (fi) | ||
| US8603219B2 (en) | Membrane support module for permeate separation in a fuel cell | |
| JP3699981B2 (ja) | 複合水素分離エレメントおよびモジュール | |
| US6419726B1 (en) | Fluid separation assembly and fluid separation module | |
| US3534531A (en) | Assembly of pure gas permeating separator | |
| US8110022B2 (en) | Hydrogen purifier module and method for forming the same | |
| JPH09248416A (ja) | 複合水素分離エレメントおよびモジュール | |
| US6835232B2 (en) | Fluid separation assembly and fluid separation module | |
| WO2010128374A1 (en) | Hydrogen purifier module with membrane support | |
| JP2008155118A (ja) | 水素分離用複合膜と、この水素透過膜を用いた水素分離用モジュール | |
| JPH07112111A (ja) | 水素ガス分離装置 | |
| JP2000296316A (ja) | 耐圧水素透過膜とその製造方法 | |
| JP3917709B2 (ja) | 平板型水素分離膜モジュール | |
| JP2024501812A (ja) | 膜取付け技法 | |
| JP2008023496A (ja) | 水素分離膜セルの製造方法 | |
| JPS62250920A (ja) | 流体用フイルタ素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 122170 Country of ref document: FI |
|
| MA | Patent expired |