DE69722481T2

DE69722481T2 - Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69722481T2
Application number: DE69722481T
Authority: DE
Inventors: Sadakatsu Okayama-Shi Hamasaki; Masayuki Okayama-Shi Kobayashi
Original assignee: Japan Gore Tex Inc
Current assignee: Japan Gore Tex Inc
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: DE69722481D1; EP0791383A1; JPH09225206A; US5830261A; EP0791383B1; JP2969075B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entlüften von Flüssigkeiten, insbesondere eine Vorrichtung zum Beseitigen eines in einer Flüssigkeit aufgelösten Gases.
Daß korrosive, oxidative, reaktive und kontaminierende, für gewisse Produkte und Anlagen schädliche Eigenschaften der Luft und anderen in Flüssigkeit aufgelösten Gasen zuzuschreiben sind, ist bekannt. Das Verringern oder Minimieren der schädlichen Auswirkungen ist einer der Gründe dafür, daß es in einigen Fällen wünschenswert ist, Luft und/oder andere Gase, die in einer Flüssigkeit aufgelöst sind, zu beseitigen.
Eine bekannte Apparatur zum Durchführen einer derartigen Entlüftung oder Entgasung enthält Module, die ein poröses Polymer-Membranmaterial verwenden, die das aufgelöste Gas durchdringen kann und als Einrichtung zum Beseitigen des Gases aus der Flüssigkeit dient. Typischerweise wird bei einer solchen Vorrichtung die Entlüftung dadurch erreicht, daß man eine Seite der Membran mit der zu entlüftenden Flüssigkeit in Berührung bringt und auf der anderen Seite der Membran einen Gaskanal ausbildet, üblicherweise unter vermindertem Druck, um das durch die Membran dringende Gas abzuziehen. Derartige Systeme sind beim Entlüften von Wasser normaler Reinheit ziemlich effektiv.
Allerdings besteht ein Problem bei der oben erläuterten Entlüftungsvorrichtung mit einer Membran aus porösem Polymermaterial darin, daß, wenn die zu entlüftende Flüssigkeit ein Lösungsmittel, ein flüssiges Fett oder ein Öl ist, oder aber eine wäßrige Flüssigkeit, die ein Tensid enthält, die Flüssigkeit die Neigung hat, das Material der Membran zu benetzen und durch die Poren zu dringen, wodurch eine Entlüftung ausgeschlossen wird.
In dem Bemühen, dieses Problem zu beheben, wurde eine Entlüftungsvorrichtung vorgeschlagen, die von einem nicht-porösen Membranmaterial Gebrauch macht, beispielsweise von einem Material, welches man erhält, indem man die Oberfläche einer porösen Polymer-Trägermembran mit einem Silikonharz oder einem anderen Polymerharz überzieht, das Gase mit akzeptierbaren Raten durchdringen können. Während diese Vorrichtung tatsächlich eine Entlüftung gestattet, wenn die zu entlüftende Flüssigkeit ein relativ mildes Lösungsmittel, flüssiges Fett oder Öl oder eine ein Tensid enthaltende wäßrige Flüssigkeit ist, so ergibt sich dennoch kein Erfolg, wenn die zu entlüftende Flüssigkeit von extrem hoher Reinheit oder chemisch aggressiv ist. Beispielsweise werden Flüssigkeiten wie deionisiertes Wasser, das bei der Halbleiterverarbeitung benötigt wird, oder Spezialflüssigkeiten wie beispielsweise Photoresist-Flüssigkeiten oder Entwicklerfluide bei der Herstellung von Halbleiterprodukten benötigt. Eine solche Flüssigkeit neigt dazu, Substanzen von den Trennmembranen her zu durchsickern, welche dann die Flüssigkeiten kontaminieren. Andererseits können die Flüssigkeiten Ursache dafür sein, daß die Membranen ihre Qualität einbüßen und versagen.
Die EP-A-0 448 973 (Toray Industries, Inc.) beschreibt ein gasdurchlässiges Membranmodul zum Entlüften von Flüssigkeiten mit einer hüllenähnlichen, gasdurchlässigen Membran, die um einen Dorn gewickelt ist, in welchem Gas strömt, wobei die Außenfläche der Membran benachbart zu einem Speisewas ser-Distanzstück angeordnet ist. Der Druck einer porösen Membran benachbart zu dem Dorn wird nicht angegeben.
Es ist ein Ziel der Erfindung, zumindest einen dieser Nachteile zu überwinden oder abzumildern. Erreicht werden kann dies durch Schaffung einer Vorrichtung zur Verwendung in einer Entlüftungsanlage, mit der solche Flüssigkeiten besonders hoher Reinheit oder Aggressivität entlüftet werden können.
Die Entlüftungsvorrichtung zur Verwendung in einer Entlüftungsanlage kann Angriffen durch hochreine oder aggressive Flüssigkeiten widerstehen und kann das Durchsickern von Stoffen aus der Vorrichtung minimieren, welche möglicherweise die zu entlüftende Flüssigkeit in schädlicher Weise kontaminieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Entlüftungselement für eine Entlüftungsvorrichtung geschaffen, umfassend eine einen Gaskanal bildende Komponente, die auf einer oder auf beiden Seiten mit einer porösen Membran laminiert ist, wobei die den Gaskanal bildende Komponente in einer aus einem nicht-porösen Fluorpolymerfilm gebildete Hülle eingeschlossen und abgedichtet ist, welche eine nach innen weisende und eine nach außen weisende Oberfläche und mindestens eine Öffnung aufweist, die von der Innenseite zu der Außenseite der Hülle führt, um Gase, die in das Element eindringen, zu einer Stelle außerhalb des Elements zu leiten, wobei mindestens eine nach außen gerichtete Oberfläche der Fluorpolymerfilmhülle angrenzend an eine einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente ausgebildet ist.
Im Einsatz wird zu entlüftende Flüssigkeit über die nach außen weisende Oberfläche des Elements unter einem Druck geleitet, der höher ist als der Druck im Inneren des Elements. Die durch die einen Gaskanal bildende Komponente gebildeten Gaskanäle stellen Durchgänge durch das Innere der Hülle für Gase dar, die aus der Flüssigkeit durch die den Film bildende Hülle zu der Öffnung ge drungen sind. Die Öffnung bildet ein Mittel für den Transfer von Gasen zu einer Stelle außerhalb der Anlage. Die einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente schafft Durchgänge für die Flüssigkeit, damit diese zu der und in Kontakt mit der nach außen weisenden Oberfläche des Elements gelangen kann. Wenn das Element zu einer spiralförmigen oder gefalteten Struktur verformt ist, kann die den Flüssigkeitskanal bildende Komponente auch als Abstandshalter zwischen benachbarten Schichten des Elements fungieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Entlüftungsvorrichtung zum Beseitigen eines Gases aus einer Flüssigkeit geschaffen, umfassend ein Entlüftungselement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und eine (mindestens) einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente angrenzend an zumindest eine nach außen weisende Oberfläche der Fluorpolymerfilmhülle.
Weitere Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Querschnittansicht des eine einen Gaskanal bildende Komponente enthaltenden Elements, eingeschlossen von einer Hülle mit einer nicht verstärkten Randdichtung;
2 eine Teil-Querschnittansicht des Elements mit einer Hülle, die eine verstärkte Randdichtung besitzt;
3 eine Querschnittansicht einer einen Gaskanal bildenden Komponente;
4 eine Querschnittansicht eines Entlüftungselements, die eine einen Gaskanal bildende Komponente enthält;
5 eine Querschnittansicht eines Beispiels einer Verbindung zwischen einem Gasableitschlauch und der Hülle an einer Öffnung der Hülle;
6 ein spiralförmig gewickeltes Element mit einer einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente zwischen benachbarten Außenflächen des Elements;
7 ein gefaltetes Element mit einer einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente zwischen benachbarten Außenflächen des Elements;
8 eine Querschnittansicht eines Moduls, welches eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält.
Anhand der Figuren wird die Erfindung nun im einzelnen erläutert. Um das Verständnis zu erleichtern, werden in sämtlichen Figuren gleiche Bezugsziffern für den Figuren gemeinsame Elemente verwendet.
Der Begriff "nicht-porös" soll hier einfach ein Material beschreiben, welches im wesentlichen frei von Poren oder Hohlräumen ist, und welches eine Sperre für den Massenstrom von Flüssigkeiten oder Gasen bildet.
Während ein Material nicht-porös sein kann, ist es möglicherweise dennoch "durchlässig" für Flüssigkeiten oder für Gase. Der Begriff "durchlässig" (und entsprechend "undurchlässig") oder eine Abwandlung oder ein Synonym dieses Begriffs soll hier die Eigenschaft eines Materials beschreiben, wonach eine spezielle Spezies, beispielsweise Gas oder Wasserdampf, durch das Material transportiert (oder nicht transportiert) wird. Der Begriff beschreibt die allgemeine Eigenschaft des Massetransfers durch Diffusion auf Molekülebene und bedeutet keineswegs irgendeinen wissenschaftlichen Mechanismus, gemäß dem dieser Vorgang stattfindet.
In 1 ist eine Querschnittansicht eines Entlüftungselements 1 gezeigt, das eine Hülle 4 aus einem einzelnen Flachstück eines nicht-porösen Fluorpolymerfilms enthält. Die Hülle umschließt ein poröses, einen Gaskanal bildendes Material 2 (diese Umschreibung beinhaltet auch, daß mehrere Gaskanäle gebildet werden), welches auf jeder Seite mit einer porösen Polymermembran 3 laminiert ist. Die einander überlappenden Ränder der Fluorpolymerfilmhülle 4 sind in einer Randzone 5 abgedichtet, die sich über die Länge und die Enden des Entlüftungselements 1 erstreckt.
Es werden nicht-poröse Fluorpolymerfilme dazu benutzt, die Hülle 4 des Entlüftungselements 1 herzustellen, und zwar aufgrund ihrer bekannten chemischen Inertheit, das heißt sie sind in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber Angriffen durch aggressive Chemikalien, Lösungsmittel, Öle und hochreines Wasser oder andere wäßrige Flüssigkeiten, um auf diese Weise die Kontaminierung von damit in Berührung stehenden Flüssigkeiten zu vermeiden. Zahlreiche Fluorpolymere sind für den Einsatz möglich, solange nicht-poröse Filme aus diesem Material ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber Flüssigkeiten besitzen, denen sie ausgesetzt sind, und solange sie in ausreichendem Maß durchdringbar sind für Gase, die in den Flüssigkeiten aufgelöst sind oder von den Flüssigkeiten mitgeführt werden. Vorzugsweise sind die Fluorpolymere schmelzverarbeitbare thermoplastische Fluorpolymere wie zum Beispiel Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Tetrafluorethylen-(perfluoralkyl-)vinylether-Copolymer (PFA), amorphe Fluorpolymere wie beispielsweise Teflon-AF®, ein amorphes Fluorpolymer, und dergleichen. Derartige Fluorpolymere sind im Stand der Technik bekannt und stehen ohne weiteres als Flachstückmaterial oder in Folienform von einer Reihe von Lieferanten zur Verfügung.
Die Dicke des nicht-porösen Fluorpolymerfilms beeinflußt Eigenschaften wie beispielsweise Gasdurchdringungsrate, Festigkeit, Verarbeitbarkeit, Haltbarkeit während des Einsatzes etc., was möglicherweise gewisse Kompromisse oder Abstriche bei gewünschten Eigenschaften erforderlich macht. Der für die Hülle 4 verwendete Film sollte eine Dicke im Bereich von 5 bis 100 Mikrometer besitzen, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 Mikrometer. Ist der Film dünner als etwa 5 Mikrometer, ist er schwer zu handhaben und besitzt mangelhafte Druckbeständigkeit und Haltbarkeit während des Einsatzes. Wenn andererseits der Film dicker als etwa 100 Mikrometer ist, sind die Gasdurchdringungsraten durch den Film zu gering, um von Nutzen zu sein.
Es gibt keine besonderen Beschränkungen für die Längs- und Breitenabmessungen der Hülle 4, nur daß diese vorgegeben werden durch die angestrebte Entlüftungsleistung und die Verfügbarkeit der Werkstoffe. Typischerweise sollte die Hülle 4 eine Breite im Bereich von 10 bis 100 cm und eine Länge im Bereich von 2 bis 20 m besitzen. Da das Element 1 typischerweise bei einer Druckdifferenz zwischen der Außenseite und der Innenseite des Elements betrieben wird, wobei auf der Innenseite niedrigerer Druck herrscht, gibt es einige praktische Beschränkungen bezüglich des Druckabfall an den Wänden des Elements oder durch das Innere des Elements. Ist die Hülle zu lang, ist es schwierig, die gewünschte Druckdifferenz an den Wänden des Elements über die volle Länge hinweg aufrecht zu erhalten. Wenn andererseits die Hülle zu kurz ist, gibt es nicht genügende Fläche, die verfügbar ist, um die angestrebte Gasdurchdringungsrate zu erreichen. Dennoch herrscht ungeachtet dieser Erwägungen beträchtliche Flexibilität bei der Auswahl einer geeigneten Länge und einer geeigneten Breite für die Hülle 4.
Die nicht-poröse Fluorpolymerfilmhülle 4 kann aus einem einzigen Flachstück gefertigt werden, wie in 1 gezeigt ist, oder kann mit zwei Flachstücken aus einem nicht-porösen Fluorpolymerfilm gefertigt werden, in welchem Fall die Dichtungszone 5 sich um den gesamten Umfang des Elements erstreckt. Alternativ können dünnwandige Schläuche eines schmelzverarbeitbaren ther moplastischen Fluorpolymers extrudiert oder durch Blasformen hergestellt und abgeflacht werden, um die Hülle 4 zu bilden. In diesem Fall besitzen lediglich die Enden eine Dichtungszone 5. Das Abdichten der offenen Ränder einer Hülle 4 aus einem schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Fluorpolymerfilm läßt sich in einfacher Weise durch Aufbringen von Wärme und Druck in den Dichtungszonen 5 erreichen, wo sich der Film mit der porösen, einen Gaskanal bildenden Komponente 2 überlappt. Zu diesem Zweck gibt es zahlreiche bekannte Heißsiegelverfahren.
Eine alternative Dichtungszone 15 ist in 2 gezeigt. Bei dieser Konfiguration sind Verstärkungsstreifen 6 aus porösem Polytetrafluorethylen-Film (PTFE-Film) auf die nach außen weisenden Flächen der Hülle 4 in der Randzone 15 aufgebracht worden, bevor eine Heißversiegelung stattfand. Bei der Heißsiegelung dringt etwas von dem schmelzverarbeitbaren Fluorpolymerfilm in den porösen PTFE-Film ein, wodurch Festigkeit und Zuverlässigkeit der Dichtung verbessert werden. Der poröse PTFE-Film dient auch als hervorragendes Ablösematerial, welches eine Berührung zwischen geschmolzenem thermoplastischen Fluorpolymer und den Oberflächen der Anlage verhindert, mit der Wärme und Druck auf die Dichtungszone 15 aufgebracht werden. Vorzugsweise ist der poröse PTFE-Film ein Film aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen.
Das Innere des Entlüftungselements 1 enthält eine einen (oder mehrere) Gaskanal (Gaskanäle) bildende Komponente 2, die Durchgänge durch das Innere des Elements für Gase bildet, die aus der Flüssigkeit durch den die Hülle 4 bildenden Film gedrungen sind, hin zu mindestens einer Öffnung in der Filmhülle 4, die mit einer Einrichtung für den Transfer von Gasen zu einer Stelle außerhalb der Anlage verbunden ist. Die einen Gaskanal bildende Komponente muß in der Lage sein, den auf sie einwirkenden Druckkräften zu widerstehen, sie muß kompatibel sein mit den aus der Flüssigkeit zu entfernenden Gasen, und im Rahmen dieser Beschränkungen muß sie eine Struktur besitzen, die weitestgehend offen oder porös ist, um den Druckabfall durch das Innere des Elements 1 hindurch zu minimieren. Vorzugsweise ist die den Gaskanal bildende Komponente 2 aus einem Synthetikpolymer hergestellt, wenngleich andere Werkstoffe möglich sind. Ein geeignetes Polymermaterial und geeignete Formen hierfür sind im Stand der Technik bekannt und im Handel erhältlich. Geeignete Werkstoffe beinhalten Polymere wie zum Beispiel Polyolefine, Polyester, Nylone, Polyurethane, Polycarbonate, Polystyrole, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und dergleichen, oder Fluorpolymere wie zum Beispiel PTFE, FEP, PFA, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und dergleichen. Geeignete Formen umfassen nicht-gewebten Stoff, Gestricke, Webstoff oder Maschenmaterial, offenzellige Schäume, poröse Membranen und dergleichen. Die Dicke der einen Gaskanal bildenden Komponente liegt vorzugsweise in dem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 2 mm, und die Komponente sollte Längen- und Breitenabmessungen besitzen, die etwa 2 mm bis etwa 10 mm geringer sind als die Längs- bzw. Breitenabmessungen der Hülle 4, um genügend Platz zur Bildung der Dichtungszone 5 zu haben.
Es kann wünschenswert sein, eine poröse Membran 3 auf beide Seiten der einen Gaskanal bildenden Komponente 2 aufzulaminieren, um eine Unterbaugruppe zu erhalten, wie in 3 dargestellt ist, oder es kann wünschenswert sein, die Membran auf nur einer Seite der einen Gaskanal bildenden Komponente 2 aufzulaminieren, wie in 4 gezeigt ist, wo die Unterbaugruppe in der Fluorpolymerhülle 4 des Elements 1 dargestellt ist. Die poröse Membran 3 bildet eine Stütze für den die Hülle 4 bildenden, nicht-porösen Fluorpolymerfilm und trägt dazu bei, die Druckbelastung auf die einen Gaskanal bildende Komponente 2 während des Betriebs zu vergleichmäßigen. Durch Schaffung einer derartigen Stütze für den Fluorpolymerfilm kann ein dünnerer Film zur Bildung der Hülle 4 verwendet werden, was die Gasdurchdringungsrate aus der Flüssigkeit außerhalb des Elements zu den Gaskanälen im Inneren des Ele ments vergrößert. Vorzugsweise besteht auch die poröse Membran 3 aus einem Synthetikpolymer, ihre Auswahl ist Gegenstand einiger Beschränkungen, die oben für die einen Gaskanal bildende Komponente angegeben sind. Am meisten bevorzugt sind poröse Membranen aus Polytetrafluorethylen.
Ein Flachstück oder eine Folie (Film) aus porösem Polytetrafluorethylen, welches sich für den Einsatz bei der vorliegenden Erfindung eignet, kann nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Recken oder Ziehen, durch Papiertertigungsverfahren, durch Verfahren, bei denen Füllstoffe in das PTFE-Harz eingebracht werden und anschließend beseitigt werden, um eine poröse Struktur übrig zu lassen, oder durch Pulversinterverfahren. Vorzugsweise ist die poröse Polytetrafluorethylen-Membran ein Film aus expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Struktur aus untereinander durch Fibrillen verbundenen Knötchen, wie dies in der US-A-3 953 566 und der US-A-4 187 390 beschrieben ist, die das bevorzugte Material und die Verfahren zu seiner Herstellung beschreiben.
Die poröse Membran sollte ein Porenvolumen in dem Bereich von etwa 30 bis 95%, eine Nenn-Porengröße in dem Bereich von etwa 0,1 bis 100 Mikrometer und eine Dicke von etwa 5 bis etwa 100 Mikrometer besitzen.
Mit Hilfe des Auflaminierens nach herkömmlichen Verfahren und mit herkömmlichen Anlagen, beispielsweise durch Ankleben, läßt sich die poröse Membran 3 auf die einen Gaskanal bildende Komponente 2 auflaminieren. Der Klebstoff kann auf die zu bindende Oberfläche der einen oder der anderen Schicht aufgetragen werden, sollte aber in einem nicht durchgängigen Muster aufgetragen werden. Ein nicht durchgängiges Muster von Klebstoff soll hier eine Schicht aus Klebstoff bedeuten, die derart auf eine Oberfläche aufgetragen wird, daß durch den Klebstoff kein nicht-poröser durchgängiger Film entsteht. Beispielsweise wird eine Schicht auf einer Oberfläche als Muster aus diskreten Punkten, als poröse, nicht gewebte Bahn oder Maschenmaterial oder dergleichen aufgebracht.
Der Klebstoff kann aus zahlreichen Stoffen gemäß Stand der Technik ausgewählt werden. Der Klebstoff kann ein thermoplastischer, ein duroplastischer, ein durch Reaktion aushärtender Stoff in flüssiger oder fester Form sein, ausgewählt aus folgenden, jedoch nicht beschränkend zu verstehenden Klassen: Polyamide, Polyacrylamide, Polyester, Polyolefine, Polyurethane und dergleichen. Der Klebstoff sollte derart aufgetragen werden, daß er eine poröse (nichtdurchgängige) gasdurchlässige Schicht bildet, die den Widerstand gegen einen Luftstrom minimiert, während sie die poröse Membran 3 an der einen Gaskanal bildenden Komponente 2 haften läßt. Vorzugsweise wird der Klebstoff so aufgetragen, daß er etwa 30% oder weniger von der Oberfläche abdeckt. Ein geeignetes Auftragmittel kann der Gravurdruck, die Sprühbeschichtung, die Pulverbeschichtung, das Aufbringen einer nicht gewebten Bahn aus Klebstoff und dergleichen sein.
Das Laminieren der porösen Membran 3 auf die einen Gaskanal bildende Komponente 2 kann auch mit Hilfe herkömmlicher Wärmeschmelzverfahren und -anlagen vorgenommen werden, beispielsweise durch Aufbringen von Wärme und Druck in dem Spalt zwischen Walzen oder mit Hilfe einer Heizplattenpresse.
Eine oder mehrere Schlitze oder Öffnungen sind in dem Element 1 für den Durchgang von Gasen aus dem Element heraus vorgesehen. Eine Transfereinrichtung, vorzugsweise ein Schlauch aus dem gleichen schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Fluorpolymer, das auch zur Bildung der Hülle 4 verwendet wird, ist zur Beseitigung von Gasen aus dem Inneren des Elements und zum Leiten der Gase zu einer Stelle außerhalb des Moduls oder der Anlage, in der sich das Element 1 befindet, mit der Öffnung nach einem bekannten Verfahren verbunden. Der Außendurchmesser des Schlauchs sollte etwa 4 bis etwa 10 mm betragen, die Wandstärke sollte etwa 0,5 bis etwa 1 mm betragen. Um nur ein Beispiel zu geben, ist eine derartige Verbindung in 5 dargestellt.
In 5 ist ein Abschnitt einer Wand einer Hülle 4 aus dem schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Fluorpolymerfilm dargestellt, in welchem eine zum Inneren des Elements hin führende Öffnung 22 ausgebildet ist. Ein Ende eines Schlauchs 23, der vorzugsweise aus dem gleichen Fluorpolymer besteht wie die Hülle, umgibt die Öffnung 22. Ein Fluorpolymerring 27 und ein Film aus porösem PTFE, 26, sind um das Ende des Schlauchs 23 derart herumgepreßt, so daß in der endgültigen Lage der die Hülle 4 bildende Film und der PTFE-Film 26 das Ende des Schlauchs 23 überlappen, während der Rand des Rings 27 mit dem Ende des Schlauchs 23 im wesentlichen bündig ist. Der das Ende des Schlauchs 23 überlappende Bereich der Hülle 4 wird auf das Schlauchende durch Anlegen einer (nicht gezeigten) aufgeheizten Platte an den PTFE-Filmabschnitt, der das Schlauchende überlappt, heißgesiegelt, wodurch eine starke luftdichte Abdichtung erreicht wird. Der Fluorpolymerring 27 dient als Zugentlastung für die Verbindung und verhindert außerdem eine Verzerrung oder Kontraktion des Hüllenfilms während des Heißsiegelvorgangs. Der poröse PTFE-Film 26 dient zum Verstärken der Dichtungszone und fungiert als Ablösematerial, um zu verhindern, daß geschmolzenes Fluorpolymer an der aufgeheizten Platte haften bleibt.
Um das Element in möglichst effizienter Weise einzusetzen, kann es in einem Modul oder einer Anlage in spiralförmig aufgewickelter Form gemäß 6 oder in gefalteter Konfiguration gemäß 7 eingesetzt werden. Bei derartigen Konfigurationen muß zwischen benachbarten Elementschichten ein Zwischenraum verbleiben, damit die zu entlüftende Flüssigkeit die Außenoberfläche des Elements berühren kann und die Flüssigkeit durch das Modul strömen kann. Dieser Raum kann dadurch geschaffen werden, daß man eine einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente 12 zwischen benachbarte Schichten des Elements 1 einfügt, wie dies in den 6 und 7 zu sehen ist. Die Hohlraumgröße und der Abstand zwischen den Elementschichten, der durch die einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente 12 geschaffen wird, sollte im Bereich von 50 bis 1000 Mikrometer, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 400 Mikrometern liegen. Ist der Abstand größer als 1000 Mikrometer, leidet die Entlüftungsleistung, da der Diffusionsabstand für das Gas durch die Flüssigkeit zu groß wird. Ist der Abstand geringer als 50 Mikrometer, wird möglicherweise der Druckabfall der Flüssigkeit durch die den Flüssigkeitskanal bildende Komponente zu groß. Die Länge der einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente sollte etwa so groß sein wie die Länge des Entlüftungselements. Die Breite der einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente sollte zumindest der Breite des Entlüftungselements entsprechen, kann aber auch etwas größer sein (etwa 1 bis 2 cm), um sich über die längsseitigen Ränder der Fluorpolymerfilmhülle hinaus zu erstrecken und diese zu schützen.
Wie bei der bereits oben beschriebenen, einen Gaskanal bildenden Komponente umfassen geeignete Werkstoffe Polymere wie zum Beispiel Polyolefine, Polyester, Nylone, Polyurethane, Polycarbonate, Polystyrole, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und dergleichen, oder Fluorpolymere wie PTFE, FEP, PFA, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und dergleichen, und zwar in Formen wie ungewesbtem Stoff, Gestrick, Webstoff oder Maschenware und dergleichen. In Systemen, in denen chemisch aggressive und hochreine Flüssigkeiten oder spezielle Flüssigkeiten, in denen Kontaminierung minimiert werden muß, ist es vorzuziehen, daß die einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente aus einem Fluorpolymer wie zum Beispiel PTFE, PFA oder FEP besteht.
Eine Querschnittansicht einer Entlüftungsanlage oder eines Entlüftungsmoduls, das eine spiralförmig aufgewickelte Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält, ist in 8 gezeigt. Das Modul 41 besitzt einen zylindrischen Gehäusekörper 41a, außerdem an jedem Ende eine Verschlußkappe 41b. Ein spiralförmig auf gewickeltes Element 1, bei dem eine einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente 12 zwischen benachbarten Schichten des Elements liegt, befindet sich in dem Gehäusekörper. Ein Gasableitschlauch 23 ist an das Element angeschlossen und verläßt das Modul über ein Anschlußstück in einer Verschlußkappe 41b. Eine Einlaßöffnung 46 für eine zu entlüftende Flüssigkeit und eine Entlüftungsöffnung 48 zum Beseitigen von Luft während der Anfangsbefüllung des Moduls mit der Flüssigkeit befinden sich in einer Verschlußkappe. In der gegenüberliegenden Verschlußkappe befindet sich eine Auslaßöffnung 47 für Flüssigkeit, die entlüftet wurde. An jedem Ende der spiralförmig aufgewickelten Anordnung befindet sich ein poröses Abstandselement 49, das sowohl zum Beabstanden der Vorrichtung innerhalb des Moduls als auch für den Durchgang der Flüssigkeit sorgt. Das dargestellte Modul ist von konventioneller Bauart gemäß Stand der Technik, ebenso die Werkstoffe und die Herstellungsverfahren zum Herstellen der Vorrichtung, hier ausgewählt nach Maßgabe der Fluide und Betriebsbedingungen, die für den beabsichtigten Endverbrauch vorgesehen sind. Auch hier ist es für Systeme, in denen chemisch aggressive und hochreine Flüssigkeiten oder Spezialflüssigkeiten, in denen eine Kontaminierung minimiert werden muß, bevorzugt, wenn das Modul aus einem Fluorpolymer wie zum Beispiel PTFE, PFA oder FEP besteht oder die mit Flüssigkeit benetzten Flächen mit einem Fluorpolymer beschichtet sind.
Nachdem das Modul vor Betriebsaufnahme mit einer zu entlüftenden Flüssigkeit befällt ist und eingeschlossene Luft über die Entlüftungsöffnung 48 entwichen ist, wird der Flüssigkeitsstrom durch die einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente in Gang gesetzt, und das Innere des Elements 1 wird mit einem Druck betrieben, der geringer ist als der Druck der über die Außenfläche des Elements fließenden Flüssigkeit, indem beispielsweise über den Gasableitschlauch 23 ein Unterdruck erzeugt wird. In der Flüssigkeit aufgelöstes Gas wird, angetrieben durch den Druckunterschied zwischen der Flüssigkeit und dem Inneren des Elements, aus der Flüssigkeit ausdiffundiert und dringt durch den Fluorpolymerfilm, der die Hülle des Elements bildet, gelangt durch die Gaskanäle, die im Inneren des Elements gebildet sind, zu dem Gasableitrohr und dann aus dem Modul heraus. Gleichzeitig sinkt die Konzentration des aufgelösten Gases in der Flüssigkeit progressiv, während die Flüssigkeit über die Oberfläche des Entlüftungselements strömt.
Die Entlüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung führt die effiziente Beseitigung von Gasen durch, welche nicht nur in üblichen Flüssigkeiten wie Wasser oder wäßrigen Lösungen enthalten sind, sondern auch in chemisch aggressiven, hochreinen und anderen Spezialflüssigkeiten, während gleichzeitig praktisch keine Verunreinigungen in die Flüssigkeiten eingebracht werden.
Beispiel 1
Auf jeder Seite einer 250 Mikrometer dicken Polyester-Maschenware (Stock Nr. 2020, 20-Denier-Stapelfaser, hergestellt von Toray Co.) wurde eine 30 Mikrometer dicke Membran aus porösem, expandiertem PTFE (hergestellt von Japan Gore-Tex, Inc.) mit einem Porenvolumen von 82% laminiert. Das so hergestellte Laminat wurde zugeschnitten, um eine 20 cm breite und 9 m lange Entgasungs-Unterbaugruppe 20 von dem in 3 dargestellten Typ herzustellen.
Die Unterbaugruppe wurde auf einen 12,5 mm dicken FEP-Film (hergestellt von Daikin Industries) plaziert, der anschließend über die Unterbaugruppe gefaltet wurde. Die offenen Enden und der Längsrand wurden heißgesiegelt, um ein Element mit einer Breite von etwa 20 cm und einer Länge von 9,3 m der in 1 dargestellten Art herzustellen. Ein FEP-Schlauch mit einem Außendurchmesser von 6 mm und einem Innendurchmesser von 4 mm wurde an ein Ende des Elements angeschlossen, um als Gasableitschlauch zu dienen. Der Schlauch wurde durch Heißsiegeln nach dem in 5 dargestellten Verfahren an das Element angeschlossen.
Ein Webnetz aus PFA (hergestellt von Gunze Co.) mit etwa 8 Maschen/cm (20 Maschen/Zoll) und einer Dicke von 0,51 mm wurde auf eine Breite von 24 cm und eine Länge von 9,3 m zugeschnitten, um als einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente zu fungieren. Diese einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente wurde auf dem Element bündig plaziert, und das Element wurde mit den durch die dazwischen liegende, einen Flüssigkeitskanal bildenden Komponente gebildeten Schichten (gemäß 6) aufgerollt, um eine spiralförmig gewickelte Entlüftungsvorrichtung mit einem Durchmesser von 101,6 mm und einer Länge von 24 cm zu bilden, die eine Oberfläche von 3,72 m² für den Flüssigkeitskontakt besaß. Die so hergestellte Entlüftungsvorrichtung wurde in einem Modul des in 8 dargestellten Typs installiert, welches einen Gehäusekörper und Verschlußkappen aus PTFE besaß.
Die Entlüftungsvorrichtung wurde getestet, indem Leitungswasser mit einer anfänglichen aufgelösten Sauerstoffkonzentration von 8,2 ppm durch das Modul mit einem Durchsatz von 300 cm³/Minute bei 25°C geleitet wurde. Der Druck im Inneren des Elements wurde mit Hilfe einer Vakuumpumpe verringert und auf etwa 100 Torr gehalten.
Die Konzentration des aufgelösten Sauerstoffs der entlüfteten Flüssigkeit am Ausgang des Moduls ergab sich durch Messung zu 2,9 ppm, was ein guter Wert ist.
Es wurde ein zweiter Test unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, nur daß dabei Leitungswasser verwendet wurde, welches 9% neutrales Reinigungsmittel (mit Tensid) enthielt. Der aufgelöste Sauerstoffanteil der entlüfteten Flüssigkeit am Ausgang ergab sich zu 2,95 ppm, was ebenfalls einen guten Wert darstellt.
Nach dem zweiten Test wurde das Wasser aus dem Modul entfernt, und das Modul wurde mit 98%-igem Ethylalkohol gefüllt. Der Druck im Inneren des Elements wurde auf 100 Torr verringert. In dem aus dem Gasableitschlauch als Probe entnommenen Gas wurde kein Alkohol nachgewiesen, was bestätigt, daß der flüssige Alkohol nicht durch den FEP-Entlüftungsfilm gedrungen war.
Außerdem wurde heißes Wasser (90°C) durch das Modul geleitet, woraufhin die Anlage auseinandergenommen wurde und die verschiedenen Komponenten inspiziert wurden. An keinem der Materialien wurde irgendeine Änderung wahrgenommen.
Aus dem Obigen ergibt sich, daß die Entlüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine Entlüftung einer Flüssigkeit ermöglicht, die einen oberflächenaktiven Stoff, das heißt ein Tensid enthält, und daß es kein Problem mit dem Ausspülen der Vorrichtung mit 90°C heißem Wasser gibt. Da außerdem die Entlüftungsanlage, die bei diesem Beispiel eingesetzt wurde, von FEP, PFA oder PTFE für sämtliche mit Flüssigkeit benetzten Teile Gebrauch macht, läßt sich die Anlage auch für chemisch aggressive Flüssigkeiten einsetzen, die stark sauer oder alkalisch sind.
Beispiel 2
Es wurde wie im Beispiel 1 eine Entlüftungsvorrichtung hergestellt, nur daß bei dieser der FEP-Film 25 Mikrometer dick war.
Die Entlüftungsvorrichtung wurde in dem Modul untergebracht, und es wurden die gleichen Tests wie beim Beispiel 1 durchgeführt, nur daß die Flüssigkeits-Strömungsgeschwindigkeit 200 cm/Minute betrug.
Der aufgelöste Sauerstoffanteil in der entlüfteten Flüssigkeit am Ausgang des Moduls betrug 2,95 ppm, was einen guten Wert darstellt. Die Ergebnisse weiterer Tests waren die gleichen wie beim Beispiel 1.
Beispiel 3
Es wurde eine Entlüftungsvorrichtung mit dem gleichen Aufbau und den gleichen Abmessungen wie beim Beispiel 1 hergestellt, wobei der einzige Unterschied darin bestand, daß der FEP-Film 25 Mikrometer dick war und zu einer Schlauchform extrudiert wurde. Es wurde eine Lehre hergestellt, und es wurde in den Schlauch die Gasbeseitigungs-Unterbaugruppe hineingezogen, so daß lediglich die Enden des Schlauchs abgedichtet werden mußten. Diese Prozedur vereinfachte und verkürzte den Fertigungsprozeß zur Herstellung der Entlüftungsvorrichtung stark. Die so hergestellte Entlüftungsvorrichtung wurde in einem Modul installiert und wie im Beispiel 1 getestet.
Der aufgelöste Sauerstoffanteil in der entlüfteten Flüssigkeit am Auslaß des Moduls betrug 2,95 ppm, was einen guten Wert darstellt. Die Ergebnisse der anderen Tests waren die gleichen wie im Beispiel 1.

Claims

Entlüftungselement (1) für eine Entlüftungsvorrichtung, wobei das Element eine einen Gaskanal bildende Komponente (2) mit einer porösen Membrane (3) aufweist, welche auf einer oder auf beiden Seiten mit letzterer laminiert ist, die den Gaskanal bildende Komponente (2) mit einer Hülle (4) umgeben und abgedichtet ist, welche aus einem nicht-porösen Fluorpolymerfilm gebildet ist und eine nach innen sowie eine nach außen gerichtete Oberfläche und mindestens eine Öffnung (22) aufweist, welche zum Leiten von Gasen, die in das Element (1) eindringen, zu einer Stelle außerhalb des Elements von der Innenseite zu der Außenseite der Hülle (4) führt; und wobei mindestens eine nach außen gerichtete Oberfläche der Fluorpolymerfilmhülle (4) angrenzend an eine einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente (12) ausgebildet ist.
Entlüftungsvorrichtung zum Entfernen eines Gases aus einer Flüssigkeit, umfassend: a) ein Entlüftungselement (1) nach Anspruch 1; und b) eine einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente (12), welche an mindestens eine nach außen gerichtete Oberfläche der Fluorpolymerfilmhülle (4) angrenzt.
Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Hülle (4) aus einem nicht-porösen Film eines Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Kopolymers gebildet ist.
Entlüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der die einen Flüssigkeitskanal bildende Komponente (12) aus einem Fluorpolymermaterial gebildet ist.
Entlüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in welcher die einen Gaskanal bildende Komponente (12) durchgängig durch ihre Struktur fortlaufend miteinander verbundene Poren und Durchgänge aufweist, um den Durchtritt von Gasen zu ermöglichen.
Entlüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der jede einen Kanal bildende Komponente (2, 12) mindestens ein synthetisches poröses Polymermaterial in der Form eines Vliesstoffs, Gestricks, Webstoffs, gewebten Netzes oder einer porösen Membrane umfaßt.