BRPI1004327A2 - placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e respectivo método de fabricação - Google Patents
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Abstract
PLACA DE ELETRODO PARA A GERAçãO DE HIDROGêNIO E OXIGêNIO E RESPECTIVO MéTODO DE FABRICAçãO. A presente invenção refere-se a uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e respectivo método de fabricação. A placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio compreende TiO2, Co~2~O~3~, Cr~2~O~3~, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico, sendo que TiO~2~, Co~2~O~3~, Cr~2~O~3~, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são prensados na forma de pó e são solidificados e plastificados em um forno de plastificação a vácuo, O método para a geração de hidrogênio e oxigênio compreende uma etapa (S1), em que os tipos de pó de TiO~2~, Co~2~O~3~, Cr~2~O~3~, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são uniformemente misturados para formar um composto misturado com um grau elevado de distribuição; uma etapa (S2), em que o composto misturado é introduzido em um molde e prensado para formar um material sólido do tipo prensado; e uma etapa (S3), em que o material de prensagem é plastificado em um forno de plastificação a vácuo.
Description
PLACA DE ELETRODO PARA A GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO E OXIGÊNIO E RESPECTIVO MÉTODO DE FABRICAÇÃO
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e respectivo método de fabricação, que possa efetivamente gerar hidrogênio e oxigênio a partir da água.
ESTADO DA TÉCNICA
O aparelho gerador de uma mistura de gás de oxigênio e hidrogênio é basicamente direcionado para gerar hidrogênio e oxigênio com a eletrólise de água. Placas de eletrodo são instaladas no interior do aparelho para a geração de uma mistura de gás de hidrogênio e oxigênio que é fonte de energia não poluente com a eletrólise de água. Neste momento, são gerados hidrogênio e o oxigênio a uma proporção molecular de 2:1 com a ajuda das placas de eletrodo, e o hidrogênio é gerado em forma de bolhas a partir da superfície de uma placa de eletrodo negativo, e o oxigênio é gerado em forma de bolha a partir da superfície de uma placa de eletrodo positivo. Neste momento, as placas de eletrodo utilizadas para a eletrólise são feitas pelo revestimento de platina na superfície de um aço inoxidável.
O hidrogênio e o oxigênio gerados com a eletrólise de água tornam-se uma mistura de gás que pode queimar, consequentemente, nenhum poluente é produzido, assim a mistura de gás é considerada como uma fonte de energia que não agride o ambiente.
No caso das placas de eletrodo que são formadas de aço inoxidável ou de aço inoxidável revestido com platina, a quantidade de hidrogênio e oxigênio é muito pequena em relação à energia elétrica utilizada, e é necessário adicionar sub-combustíveis como o gás propano ao hidrogênio e oxigênio. Assim, a produtividade econômica é baixa.
Uma vez que as superfícies das placas de eletrodos derretem lentamente durante a eletrólise, com o passar do tempo, é necessário trocar as placas de eletrodo.
REVELAÇÃO DA INVENÇÃO
Deste modo, o objeto da presente invenção é fornecer uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e o respectivo método de fabricação que torna possível obter uma alta produtividade, aumentando a produção de hidrogênio e oxigênio em relação à fonte de energia elétrica.
Outro objeto da presente invenção é fornecer uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e o respectivo método de fabricação que pode ser aplicado a vários tipos de padrões de aparelhos geradores de hidrogênio e oxigênio.
Outro objeto ainda da presente invenção é fornecer uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e o respectivo método de fabricação, que não precisam de troca de eletrodos, impedindo o desacoplamento, mesmo quando a eletrólise é realizada por um longo tempo.
Para alcançar os objetivos acima, em uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio por eletrólise da água, é fornecida uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio compreendendo Ti02, Co2O3, Cr2O3, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico, sendo que TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO1 tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são prensados na forma de pó e são solidificados e plastificados em um forno de plastificação a vácuo.
É ainda fornecido um selecionado do grupo constituído por C, MoO3, NaTaO3-La, Si, Mn e AI2O3.
O catalisador cerâmico é turmalina ou boehmita.
Com relação a Ti02 com 100% do peso, Co2O3 é 10-400% do peso, Cr2O3 é 10-400% do peso, NiO é 10~400% do peso, tubo de nano carbono é 2-40% do peso e C é 0,5%~40% do peso, e MoO3 é 10-100% do peso, Ni é 10-100% do peso, NaTaO3-La é 10-100% do peso, Si é 2-40% do peso, Mn é 5-50% do peso, AI2O3 é 2,5-60% do peso, Cr é 5-50% do peso e o catalisador cerâmico é 2-100% do peso.
Em um método para a fabricação de uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio por eletrólise da água, é fornecido um método para gerar hidrogênio e oxigênio, compreendendo uma etapa S1, em que os tipos de pó de TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são uniformemente misturados para formar um composto misturado com um grau elevado de distribuição; uma etapa S2, em que o composto misturado é introduzido em um molde e prensado para formar um material sólido do tipo prensado; e uma etapa S3, em que o material prensado é plastificado em um forno de plastificação a vácuo; caracterizado pelo fato de que a etapa S2 é uma etapa em que o composto misturado é prensado a uma pressão de 500-1500ton/cm2 para preparar o material de prensagem, e caracterizado pelo fato de que a Etapa S3 é uma etapa na qual o material é plastificado durante 20-400 minutos a 500-2000°C, e o processo de plastificação é realizado no forno de plastificação a vácuo que é oxigênio vedado.
A etapa S1 inclui pelo menos um selecionado do grupo constituído por C1 MoO3, NaTaO3-La1 Si, Mn e AI2O3.
O catalisador cerâmico é fabricado de forma que a turmalina ou boehmita seja aterrado com um diâmetro de 10-60 micrômetros e aquecido a 1000~2000°C por mais de uma hora, e a composição plastificada é aterrada novamente com o diâmetro de diâmetro de 10-60 nanômetros, em formas de pó.
Com relação a Ti02 com 100% do peso, Co2O3 é 10~400% do peso, Cr2O3 é 10-400% do peso, NiO é 10-400% do peso, tubo de nano carbono é 2-40% do peso e C é 0,5%-40% do peso, e MoO3 é 10-100% do peso, Ni é 10-100% do peso, NaTaO3-La é 10-100% do peso, Si é 2-40% do peso, Mn é 5-50% do peso, AI2O3 é 2,5-60% do peso, Cr é 5-50% do peso e o catalisador cerâmico é 2-100% do peso.
EFEITOS
Nas placas de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e respectivo método de fabricação de acordo com a presente invenção, é possível obter uma alta produtividade econômica, sem misturar sub-combustíveis como o gás propano, aumentando a quantidade de gases de hidrogênio e de oxigênio em comparação a energia elétrica introduzida.
Uma vez que os tipos podem ser determinados por meio de um processo de prensagem e plastificação, é possível a sua implementação em diversas formas, dependendo da utilização e capacidade.
As placas de eletrodos fabricadas de acordo com a presente invenção não precisam de trocas, mesmo com o passar do tempo desde que as superfícies das placas de eletrodo não sejam desmontadas durante a eletrólise.
MODOS DE CONFIGURAÇÃO DA INVENÇÃO
A placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio e respectivo método de fabricação de acordo com a presente invenção serão descritos com referência aos desenhos anexos.
A placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio de acordo com a presente invenção eletrolisa a água para produzir o hidrogênio e o oxigênio e tem as seguintes proporções de composição, a fim de aumentar as quantidades de hidrogênio e oxigênio em relação à energia elétrica utilizada.
A placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio de acordo com a presente invenção é formada por TiO2, C02O3, Cr2O3, NiO e catalisador cerâmico. Neste momento, a placa do eletrodo de acordo com a presente invenção inclui ainda um selecionado do grupo compreendendo CNT1 C, M0O3, Ni1 NaTa03-La, Si, Mn, Al203 e Cr. O catalisador cerâmico é de preferência formado por turmalina ou boehmita.
A placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio de acordo com a presente invenção prensa as composições de pó sob a pressão de 500~1500ton/cm2 e é plastificada a uma temperatura de 500~2000°C.
A proporção de composição será descrita com relação a TiO2 de 100% do peso. O diâmetro de TiO2 é 0,1-100 micrômetros (μηπ), e proporção de composição de Co2O3 é 10-400% do peso com relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 20-30% do peso. Neste momento, o diâmetro do Co2Os varia de 0,1-100 micrômetros.
A proporção da composição de Cr2O3 é 10-400% do peso em relação a SiO2 de 100% do peso. Neste momento, o diâmetro do Cr2O3 varia de 0,1~100 micrômetros.
A proporção da composição de NiO é 10~400% do peso em relação á TiO2 de 100% do peso, de preferência 20~30% do peso. Neste momento, o diâmetro de Cr2O3 varia de 0,1 OO micrômetros.
As proporções da composição total de TiO2, Co2O3, Cr2O3 e NiO são preferencialmente 60~80% do peso em relação a 100% do peso das placas de eletrodo da presente invenção.
A proporção da composição do tubo de nano carbono é 2~40% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 5~20% do peso. Neste momento, o diâmetro do tubo de nano carbono varia de 1~60 nanômetros. Se a composição do tubo de nano carbono for inferior 2% do peso, a condutividade da superfície da placa de eletrodo fabricado por carbono com condutividade relativamente mais baixa é diminuída, e se a proporção da composição estiver acima de 40% do peso, o efeito de distribuição do tubo de nano carbono que tem baixo desempenho de mistura não pode ser obtido. A densidade e a resistência das placas de eletrodos são enfraquecidas.
É preferível que o tubo de nano carbono tenha o diâmetro de 1-60 nanômetros para melhorar o desempenho de distribuição com relação a outro pó de composição, de preferência 20~30 nanômetros. O tubo de nano carbono utilizado na presente invenção é selecionado a partir de um grupo composto por uma única parede, paredes múltiplas e uma fibra de nano carbono.
O tubo de nano carbono é formado em um padrão hexagonal em relação a um carbono e outro carbono em forma de tubo e tem uma alta anisotropia e várias estruturas como uma única parede, paredes múltiplas, um tipo feixe ou algo assim e é substância de região muito pequena em que o diâmetro em um tubo é tamanhos nanômetros. O tubo de nano carbono tem uma excelente condutividade elétrica diferentemente da outra substância de carbono, como diamante e um desempenho de emissão de campo elétrico excelente. As estruturas de elétrons de carbono são diferentes umas das outras, dependendo da estrutura, ou seja, o carbono tendo uma excelente condutividade elétrica no grafite tem uma estrutura de bandagem sp2, e o diamante que é um isolante possui uma estrutura de bandagem sp3. O tubo de nano carbono é formado por poros com uma grande área de superfície 1000 vezes em relação ao volume, a área de superfície pode ser maximizada por uma reação de oxidação e redução quando se aplica ao aparelho químico elétrico, de modo que as reações totais possam ser significativamente aumentadas.
As proporções da composição de carbono são 0,5~40% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 5~20% do peso. O diâmetro de carbono varia de 0,1~100 micrômetros.
A composição de carbono é geralmente utilizada como aglomerante para ligar o tubo de nano carbono com outra composição. Ou seja, o carbono é usado para ligar o tubo de nano carbono, que tem desempenho de bandagem muito baixo, com outros pós de composição.
A proporção da composição de MoO3 é 10~100% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 30-50% do peso. Neste momento, o diâmetro de MoO3 varia de 0,1 ~ 100 micrômetros.
A composição de níquel é 10-100% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 15~30% do peso. Neste momento, o diâmetro de níquel varia de 0,1-100 micrômetros.
A composição de NaTaO3-La é 10~100% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 30-50% do peso. Neste momento, o diâmetro de NaTaO3-La varia de 10~60 nanômetros. NaTaO3-La é utilizado para aumentar a quantidade de produção de hidrogênio a partir de placas de eletrodo.
A proporção da composição de Si é 2~40% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 5-20% do peso. Neste momento, o diâmetro de Si varia de 0,1—100 micrômetros.
A proporção da composição de manganês é 5~50% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 10-20% do peso. O diâmetro de manganês varia de 0,1-100 micrômetros.
A composição de AI2O3 é 2,5-60% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 2,5-60% do peso. Neste momento, o diâmetro de AI2O3 varia de 0,1-100 micrômetros.
A proporção da composição de cromo é 5-50% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 10-20% do peso. Neste momento, o diâmetro de cromo varia de 0,1-100 micrômetros.
A composição do catalisador cerâmico é 2-100% do peso em relação a TiO2 de 100% do peso, de preferência 2-100% do peso. Neste momento, o diâmetro do catalisador cerâmico varia de 10-60 nanômetros (nm).
TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO, catalisador cerâmico, tubo de nano carbono e carbono, MoO3, Ni, NaTaO3-La, Si, Mn, AI2O3 são preparados em formas de pó. Os pós de tais composições são plastificados por prensagem e em um forno de plastificação a vácuo para fabricar placas de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio.
O método de fabricação de placas de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio será descrito.
A fim de fabricar placas de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio de acordo com a presente invenção, os tipos de pó de TiO2, Co2O3, Cr2Oa, NiO1 catalisador cerâmico etc. são uniformemente misturados com um grau elevado de distribuição para misturar um composto de mistura em uma etapa S1. O catalisador cerâmico misturado na etapa S1 é selecionado do grupo constituído por turmalina ou boehmita e é aterrado com um diâmetro de 60-100 micrômetros tamanhos e aquecido a 1000 ~ 2000°C por mais de uma hora, de preferência a 1700°C por 24 horas e, a seguir, plastificado. O material plastificado assim é aterrado novamente para o fabrico do pó com diâmetro de 10 ~ 60 nanômetros.
Na etapa S1 para a formação de compostos misturados, um selecionado do grupo constituído por tubo de nano carbono, carbono, M0O3, Ni, NaTaO3-La, Si, Mn, AI2O3 e Cr ainda pode ser adicionado.
As composições acima devem ser distribuídas uniformemente por um método de liquidez conhecido de super limiar e um método de micela reversa.
O composto misturado é introduzido no molde e é prensado a uma pressão de 500 ~ 1500ton/cm2 para formar um material de prensa na Etapa S2. Por meio da etapa de prensagem, o material de prensagem do tipo pó é alterado para um tipo de material sólido.
Neste momento, uma ranhura de determinado formato pode ser formada no molde para assim obter várias formas de placas de eletrodo. Por exemplo, em determinada configuração geométrica, pode ser formado um molde com uma pluralidade de ranhuras com saliência ou concavadas nas bordas.
Em seguida, a etapa de plastificação é realizada na Etapa 3 a 500 ~ 2000°C por 20 ~ 40 minutos em um forno de plastificação a vácuo. Neste momento, quando formado um material de prensagem, o forno de plastificação a vácuo deve ser usado para bloquear completamente a entrada de oxigênio. Se for introduzido oxigênio, ocorrerá oxidação durante a plastificação, diminuindo o rendimento de hidrogênio e oxigênio da placa de eletrodo.
Aqui, os metais como níquel ou cromo suportam de maneira estável o oxido metálico, não-metálico e composição de carbono que pertence às placas de eletrodo no curso da plastificação. Assim, a plastificação é realizada nos pontos de fusão do níquel ou cromo.
As composições acima são formadas como um membro sólido por plastificação. O catalisador cerâmico promove a eletrólise da água e, ao mesmo tempo, proíbe a substância metálica entre as composições acima de se tornar uma forma de volume. Ou seja, as substâncias metálicas não são presas entre si por meio do catalisador cerâmico no curso da plastificação a alta temperatura e não se torna o tamanho de volume. O catalisador cerâmico forma uma grande quantidade de espaços de eletrólito para a eletrólise da água com a ajuda de placas de eletrodo gerando grandes quantidades de gás hidrogênio e gás oxigênio. Uma vez que o catalisador cerâmico não consome no curso da eletrólise, assim, é possível manter a forma de placas de eletrodo de acordo com a presente invenção. Portanto, a vida útil das placas de eletrodo pode ser estendida. Dado que o espaço de eletrólise é aumentado pelo catalisador cerâmico, a atividade do catalisador aumenta, sendo obtida uma maior estabilidade química. Configurações
Tipos de pó de TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO, catalisador cerâmico, tubo de nano carbono, carbono, MoO3, Ni, NaTaO3-La, Si, Mn e Al2O3 são misturados por um misturador para assim preparar um composto misto. Neste momento, ao preparar o composto misto, 100 g de TiO2, 25g de Co2O3, 25g de Cr2O3, 25g de NiO, 20g de catalisador cerâmico, 15g de tubo de nano carbono, 15g de carbono, 40g de MoO3, 25g de Ni, 40g de NaTaO3-La, 20g de Si, 15g de Mn, 30g de AI2O3, 15g de Cr são uniformemente misturados com um alto grau de distribuição para assim preparar um composto misto. O composto misto é introduzido em um molde com uma ranhura em forma de placa e é prensado a uma pressão de 2000ton/cm2 para formar um material de prensagem. O material de prensagem formado é plastificado a 890°C por 400 minutos no forno de plastificação a vácuo para a fabricação de placas de eletrodo.
Poros das unidades nm são formados na superfície das placas de eletrodo fabricadas de acordo com as configurações da presente invenção, e uma pluralidade de porções finas côncavas e convexas é formada. Ou seja, as placas de eletrodo estão equipadas com pluralidades de porções côncavas e convexas para, assim, aumentar a área de superfície de contato com a água. Por exemplo, quando a água é oxidada em porções côncavas durante a produção de oxigênio, íons de hidrogênio são produzidos simultaneamente. íons de hidrogênio se reúnem no topo da porção convexa e promovem o catalisador para a redução de íons de hidrogênio, produzindo assim uma grande quantidade de gás misturado de hidrogênio e oxigênio.
<Exemplo de Comparação>
As placas de eletrodo são feitas de aço inoxidável para a eletrólise de água de processamento, e os dados de comparação são mostrados na tabela abaixo.
<table>table see original document page 13</column></row><table>
Como observado na tabela acima, as placas de eletrodo fabricadas de acordo com as configurações da presente invenção produzem muito mais hidrogênio e oxigênio para a energia introduzido em comparação com as placas de eletrodo utilizadas nos exemplos de comparação.
Como a presente invenção pode ser configurada em diversas formas, sem se afastar do seu respectivo escopo ou características essenciais, também deve ser entendido que os exemplos acima descritos não estão limitados por qualquer dos detalhes da descrição acima, salvo disposição em contrário, mas sim deve ser interpretado de forma ampla dentro do seu escopo e alcance, conforme definido nas reivindicações anexas, e, portanto, todas as alterações e modificações que se enquadram estão de acordo com as reivindicações, ou as equivalências de tal enquadramento são destinadas a serem englobadas pelas reivindicações anexas.
Claims (8)
1. Placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio por eletrólise da água, caracterizada por compreender: Ti02, Co2O3, Cr2O3, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico, sendo que TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO, tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são prensados na forma de pó e são solidificados e plastificados em um forno de plastificação a vácuo.
2. Placas de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por compreender ainda um selecionado do grupo constituído por C, MoO3, NaTaO3-La, Si, Mn e Al2O3.
3. Placas de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas pelo fato de que o catalisador cerâmico é turmalina ou boehmita.
4. Placas de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizadas pelo fato de que, com relação a Ti02 com 100% do peso, Co2O3 é 10-400% do peso, Cr2O3 é -10-400% do peso, NiO é 10-400% do peso, tubo de nano carbono é 2-40% do peso e C é 0,5%~40% do peso, e MoO3 é 10-100% do peso, Ni é 10-100% do peso, NaTaO3-La é 10-100% do peso, Si é 2-40% do peso, Mn é 5-50% do peso, Al2O3 é 2,5-60% do peso, Cr é 5-50% do peso e o catalisador cerâmico é -2-100% dó peso.
5. Método para a fabricação de uma placa de eletrodo para a geração de hidrogênio e oxigênio por eletrólise da água, caracterizado por compreender: uma etapa (S1) em que os tipos de pó de TiO2, Co2O3, Cr2O3, NiO1 tubo de nano carbono, Ni ou Cr e catalisador cerâmico são uniformemente misturados para formar um composto misturado com um grau elevado de distribuição; uma etapa (S2) em que o composto misturado é introduzido em um molde e prensado para formar um material sólido do tipo prensado; e uma etapa (S3) em que o material prensado é plastificado em um forno de plastificação a vácuo; em que a etapa (S2) é uma etapa em que o composto misturado é prensado a uma pressão de 500-1500ton/cm2 para preparar o material de prensagem, e em que a Etapa (S3) é uma etapa na qual o material é plastificado durante 20~400 minutos a 500~ 2000°C, e o processo de plastificação é realizado no forno de plastificação a vácuo que é oxigênio vedado.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a referida Etapa (S1) inclui pelo menos um selecionado do grupo constituído por C, MoO3, NaTaO3-La1 Si, Mn e AI2O3.
7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o catalisador cerâmico é fabricado de forma a que a turmalina ou boehmita seja aterrado com um diâmetro de 10 - 60 micro tamanhos e aquecido em 1000 ~ -2000°C por mais de uma hora, e a composição plastificada é aterrada novamente com o diâmetro de 10 - 60 nanômetros de tamanho em formas de pó.
8. Método de acordo com uma das reivindicações 5, 6 e 10, caracterizado pelo fato de que, com relação a Ti02 com 100% do peso, Co2O3 é 10~400% do peso, Cr2O3 é 10-400% do peso, NiO é 10-400% do peso, tubo de nano carbono é 2-40% do peso e C é 0,5%~40% do peso, e MoO3 é 10-100% do peso, Ni é -10-100% do peso, NaTaO3-La é 10-100% do peso, Si é 2-40% do peso, Mn é -5-50% do peso, AI2O3 é 2,5-60% do peso, Cr é 5-50% do peso e o catalisador cerâmico é 2-100% do peso.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B11Y | Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette] |