CZ204099A3 - Systém pro difuzní přenos plynu a způsob jeho použití - Google Patents

Abstract

Systém(20) pro difuzní přenos plynu obsahuje membránu (24), uspořádanou mezi první plynovou oblastí (22) a druhou plynovou oblastí (26). První plynová oblast (22) obsahuje pvní mechanismus pro nasměrování prvního proudu okolního plynu příčně přes a ve styku s prvnímpovrchem (23) membrány (24). Druhá plynová oblast (26) obsahuje druhý mechanismus pro nasměrování druhého proudu okolního plynu příčně přes a ve styku s druhýmpovrchem (25) membrány (24). Membrána (24) obsahuje médiumpro difuzní přenos plynu, obsahující větší počet klikatých cest, rozprostírajících se od prvního povrchu (23) membrány (24) ke druhému povrchu (25) membrány (24). Podíl prázdného objemu membrány (24) činí alspoň 0,2. Membrána (24)je schopna podstatně blokovat přenos částic z první plynové oblasti (22) do druhé plynové oblasti (26), přičemž umožňuje difúzi plynů mezi první a druhou plynovou oblastí (22,26). Plynemmůže být vzduch. Pmí plynová oblast obsahuje např.vzduch vně uzavřeného prostoru a druhá plynová oblast obsahuje vzduch uvnitř uzavřeného prostoru.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro difuzní přenos plynu, který využívá membrány pro výměnu složek plynu prostřednictvím difuzního procesu, přičemž je podstatně blokován přenos částic.

Dosavadní stav techniky

Pro ovládání a řízení obsahu oxidu uhličitého a kyslíku v uzavřených prostorách bylo využíváno rozličných ventilačních systémů. Takovým uzavřeným prostorem může být například automobil, byt, výšková budova, vnitřní prostor dýchacího přístroje, továrna, čistá místnost nebo nemocniční pokoj. Ventilační systémy odvádějí přebytečný oxid uhličitý a doplňují kyslík, který byl v uzavřeném prostoru spotřebován.

Při provádění operace tohoto typu pak známé konvenční ventilační systémy obvykle využívají filtračních látek, aby bylo zabráněno tomu, že vznášející se částice se dostanou do uzavřeného prostoru z okolního prostředí. Vzduch obvykle prochází kolmo přes filtrační látky, přičemž je pro účely vhánění vzduchu přes filtr používáno energetického zdroje.

Pokud není vzduch, vstupující do uzavřeného prostoru, filtrován, mohou obyvatelé trpět toxickými nebo alergickými • · ··· ···· ·«· 9 99 9999 99 99 reakcemi na neživé vznášející se částice nebo mohou trpět nepříznivými zdravotními účinky v důsledku vznášejících se mikroorganizmů. Vzduch musí být vypouštěn z uzavřeného prostoru přes výstupní otvor, pokud je filtrovaný vzduch vháněn do uzavřeného prostoru, a to za tím účelem, aby bylo zabráněno vytváření přetlaku.

Známé konvenční ventilační systémy vykazují celou řadu nedostatků a nevýhod.

První nevýhoda spočívá v tom, že filtry mohou jenom s potížemi odstraňovat v podstatě veškeré vznášející se částice přiváděného vzduchu, aniž by využívaly poměrně velké množství filtračních látek, v důsledku čehož dochází k vysokému poklesu tlaku při průchodu vzduchu přes filtrační látky. Proto známé konvenční filtrační systémy obvykle umožňují, aby spolu s přiváděným vzduchovým proudem byl do uzavřeného prostoru přiváděn rovněž podstatný počet vznášejících se částic.

Druhý nedostatek spočívá v tom, že přiváděný vzduch musí procházet přes filtrační látky v kolmém směru. Pokud proud vzduchu, obsahující znečišťující částice, prochází přes filtr tímto způsobem, pak se póry filtru začínají plnit uvedenými částicemi, v důsledku čehož dochází k nárůstu poklesu tlaku. Filtr musí být velmi často vyměňován, pokud mají být udržovány přijatelné průtokové rychlosti.

Třetí nevýhoda spočívá v tom, že u konvenčních systémů je pro vhánění přívodního vzduchu přes filtrační látky nezbytné přivádět nezanedbatelné množství energie. Filtry, jejichž póry nejsou ucpány nicméně vykazují výrazné třecí

síly nebo překážky vůči vstupu vzduchu. Energetické požadavky mohou být velice výrazné u velkých konstrukcí.

Další nedostatek spočívá v tom, že známé konvenční ventilační systémy vyžadují rozsáhlou výstupní potrubní síť, aby bylo umožněno, že přebytečný vzduch bude odváděn z uzavřeného prostoru. Jinak by bylo velice obtížné nebo dokonce zcela nemožné provádět nepřetržitou ventilaci.

Známé konvenční ventilační filtrační systémy jsou rovněž nevýhodné proto, že vyžadují podstatně větší proudění vzduchu, než by bylo nutné z hlediska spotřeby kyslíku. U uzavřeného prostoru, obklopeného znečištěným vzduchem, je filtrovaný vzduch vháněn do tohoto uzavřeného prostoru pro účely přívodu kyslíku pro obyvatele, přičemž je vnitřní vzduch z tohoto uzavřeného prostoru odváděn, aby bylo zabráněno vzniku přetlaku. Oxid uhličitý je odváděn z uzavřeného prostoru do okolního prostředí spolu s odváděným vzduchovým proudem.

Obvykle je přiváděno dvacet krychlových stop za minutu (566 litrů za minutu) okolního vzduchu na jednoho obyvatele budovy. U úředníků a pracovníků úřadů se sedavým zaměstnáním je vytvářen oxid uhličitý (CO₂) rychlostí · zhruba 0,35 litrů za minutu (lpm) na jednu osobu. Za těchto podmínek a v ustáleném stavu pak okolní vzduch, mající koncentraci oxidu uhličitého (CO₂) zhruba 0,03 %, bude mít koncentraci oxidu uhličitého (C0₂) zhruba 0,09 % při jeho odčerpávání z budovy ((0,35 lpm/566 lpm) + 0,03 % = 0,09 %).

Hladina oxidu uhličitého (CO₂) , přesahující 0,1 %, může být nepříjemná nebo protivná pro příslušné osoby. Okolní • ·

vzduch má u hladiny moře obvykle koncentraci kyslíku (0₂) zhruba 20,95 %. Pokud jedna osoba spotřebuje přibližně

0,28 litrů za minutu kyslíku (O₂), potom je z uzavřeného prostoru odváděn vzduch, který má koncentraci kyslíku (0₂) zhruba 20,0 %. Tato hodnota odváděného kyslíku odráží dynamickou pokojovou koncentraci kyslíku, která je mnohem vyšší, než je koncentrace, která je nezbytná z hlediska bezpečnosti. Proto hladiny oxidu uhličitého (CO₂) určují ventilační rychlosti z hlediska uspokojování fyziologických potřeb lidí v uzavřených prostorách.

Patentový spis US 3 369 343 (Robb) popisuje využívání propustné nepórézní stěny, vyrobené z takových materiálů, jako je například silikonová pryž, pro účely výměny oxidu uhličitého (C0₂) nebo kyslíku (0₂) v důsledku propustnosti. Propustnost, která je využívána podle tohoto patentového spisu, je omezena na rozpouštěcí proces, při kterém se plyny rozpouštějí ve filmu a poté difundují přes tento film v rozpuštěném stavu. Film vytváří překážku bez pórů pro jakékoliv pevné látky, kapaliny nebo plyny, které se nemohou chemicky rozpustit v silikonové pryži. V tomto patentovém spise je popisována celá řada systémů pro čištění plynu s využitím membrán ze silikonové pryže.

Sovětský patentový spis SU 1 710 951 popisuje ventilační ústrojí, které využívá nukleární membrány jako média pro výměnu plynů při ventilaci v uzavřené konstrukci. Parciální tlaky kyslíku (O₂) a oxidu uhličitého (CO₂) na opačných povrchových plochách nukleární membrány poskytují hnací sílu pro výměnu plynů. Kromě toho je tato membrána využitelná pro blokování škodlivých a nebezpečných aerosolů a mikroskopických částic, které jsou obsaženy v okolním vzduchu.

Nukleární membrány jsou obvykle tvořeny akcelerujícími atomovými částicemi v polymerním filmu za účelem vytvoření obecně rovnoběžných otvorů přes tento film. Otvory v nukleárních membránách se mohou ucpat nebo naplnit částicemi, čímž se taková membrána stává méně účinnou jako médium pro výměnu plynů.

V sovětském patentovém spise SU 1 119 197 je popisován dýchací respirační přístroj, který využívá tenkou pružnou porézní polymerní membránu propustnou pro plyny jako médium pro difuzní výměnu plynů. Tato membrána je popsána jako membrána nukleárního filtračního typu, vyrobená z polyetylénéterftalátového nebo polykarbonátového filmu, který má pórovitost zhruba 10 % (při vyšší pórovitosti pak velmi prudce klesá mechanická pevnost filtru).

Ve shora uvedeném patentovém spise se uvádí, že ochrana před aerosoly jakýchkoliv rozměrů může být zajištěna prostřednictvím pórovitých polymerních membrán, které mají velikost pórů od 3 do 0,03 μιη. V důsledku vysoké stejnoměrnosti velikostí pórů pak účinnost při ochraně před aerosoly, které mají stejnou velikost, jako tyto póry, nebo velikost větší, činí obecně 100 %.

Podstata vynálezu

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl vyvinut systém pro difuzní přenos plynu, který obsahuje membránu, uspořádanou mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou

oblastí. První plynová oblast obsahuje první mechanizmus pro nasměrování prvního proudu okolního plynu příčně přes a ve styku s prvním povrchem membrány. Druhá plynová oblast obsahuje druhý mechanizmus pro nasměrování druhého proudu okolního plynu příčně přes a ve styku s druhým povrchem membrány. Membrána obsahuje médium pro difuzní přenos plynu, obsahující větší počet klikatých cest, rozprostírajících se od prvního povrchu membrány ke druhému povrchu membrány. Frakce prázdného objemu membrány činí alespoň 0,2. Membrána je schopna podstatně blokovat přenos částic z první plynové oblasti do druhé plynové oblasti, přičemž umožňuje difúzi plynů mezi první a druhou plynovou oblastí.

Předmět tohoto vynálezu se rovněž týká systému pro difuzní přenos plynu, který obsahuje membránu, umístěnou mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí, jak již bylo shora popsáno, přičemž je membrána zkonstruována tak, aby byla schopna udržovat rychlost přenosu plynu, sníženou nejvýše o 2 % při provádění zkušebního testu přenosové rychlosti částic v plynu. Membrána, která vyhovuje tomuto zkušebnímu testu, je schopna udržovat vysoké rychlosti přenosu plynu, a to dokonce i při výrazném obsahu znečišťujících částic.

Předmět tohoto vynálezu se rovněž týká způsobu využívání systému pro difuzní přenos plynu za účelem blokování přenosu v podstatě veškerých částic z první plynové oblasti do druhé plynové oblasti, přičemž je umožněna difúze plynů mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí.

Systémy pro difuzní přenos plynu a způsoby jejich využívání podle tohoto vynálezu se odlišují od známých konvenčních ventilačních systémů zejména využíváním membrány, která umožňuje difundování plynů přes membránu při současném podstatném blokování přenosu částic, a to ve spojení s nasměrováním průtoku plynu příčně přes membránu, namísto kolmo k membráně.

Předmětný systém a způsob podle tohoto vynálezu může blokovat přenos částí velice širokého rozmezí aerodynamických průměrů, přičemž jsou rovněž zejména využitelné pro blokování částic o rozměrech 0,2 až 0,3 μπι, kde jsou známé konvenční filtrační systémy mnohem snadněji propustné. Předmět tohoto vynálezu tak odstraňuje nepraktičnost využívání velkého počtu filtrů pro zajištění toho, aby byly veškeré částice zachyceny, a aby bylo zaručeno dodávání čistého kyslíku.

Ačkoliv membrány mohou být schopny zachycovat částice, jako je tomu u filtrů, není filtrace nutná pro získávání vyčištěných plynů, přiváděných do uzavřeného prostoru. Kyslík může difundovat přes membránu, protože parciální tlak kyslíku v okolní plynové oblasti je větší, než ve vnitřní nebo uzavřené plynové oblasti, kde přebývají osoby.

Obdobné může být přebytečný oxid uhličitý odváděn z uzavřené plynové oblasti prostřednictvím difúze, neboť jeho parciální tlak je vyšší uvnitř, než je tomu v obklopující oblasti. Filtrování není prováděno v žádném výraznějším stupni, protože proudy plynu proudí příčně vůči membráně. V důsledku toho pak systém a způsob podle tohoto vynálezu neumožňují podstatné ucpávání pórů, ke kterému dochází u známých konvenčních systémů. Je tak zabráněno zvyšování poklesu tlaku, přičemž je odstraněna nutnost časté výměny membrány. Rychlosti přenosu plynu mohou být udržovány na • · 99 ·· ·· ·· • 4 4 4 · · · · · · · • 44 44 · 444· • ···· ·· · · ♦ · · · · • · 4·· 444· • 4 4 ♦ 44 44 44 44 ·· stejné výši dokonce i tehdy, kdy byla membrána vystavena podstatně většímu zatížení v podobně částic.

Předmět tohoto vynálezu rovněž přispívá k minimalizaci energetických požadavků, neboť proudy plynu nevyžadují, aby byly násilně vháněny přes membránu. K přenosu plynu může docházet vysloveně pouze jenom prostřednictvím difúze. Membrána je schopna udržovat obecně konstantní rychlost přenosu plynu, dokonce i v podmínkách vysoké zátěže v podobě částic, takže tlakový pokles přes membránu při konstantním průtoku vzrůstá zhruba o 25 % nebo více.

Kromě toho předmět tohoto vynálezu nemusí být opatřen výstupním otvorem nebo systémem pro zabránění vzniku přetlaku v uzavřené plynové oblasti. Nadměrná množství plynů, jako je oxid uhličitý (C0₂) mohou být odváděna z uzavřené oblasti prostřednictvím difúze přes membránu.

Předmět tohoto vynálezu rovněž odstraňuje nedostatek požadavku poměrně velkého proudění vzduchu do uzavřeného prostoru z okolního prostředí, oxid uhličitý a kyslík mohou být z uzavřené oblasti odváděny a mohou být rovněž příslušně do uzavřené oblasti přiváděny bez současného přenosu vzduchu nebo jiných plynů.

Krátce lze říci, že systém difuzního přenosu plynu vytváří praktickou alternativu vůči známým konvenčním filtračním způsobům pro účely odvádění oxidu uhličitého (C0₂) z uzavřených prostorů a pro účely nahrazování spotřebovaného kyslíku (0₂) v uzavřených prostorech, a to bez přivádění vznášejících se znečišťujících částic do těchto uzavřených prostor.

• · · 4 · · · · • 4 * 4 4 4 4

4 4 44 44 4

4 4 4 4 4 4

4444 44 44

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byl rovněž vyvinut systém pro zpracovávání vzduchu, který obsahuje:

(a) první cestu průtoku plynu, která vede od vstupu k výstupu, tato první cesta průtoku plynu má horní část a spodní část a umožňuje, aby proud plynu procházel od vstupu k výstupu, (b) druhou cestu průtoku plynu, kterou může proudit druhý proud plynu, (c) membránu, která má první a druhou stranu, a která je umístěna mezi první a druhou cestou průtoku plynné tekutiny, přičemž je membrána schopna blokovat přenos částic mezi první a druhou průtokovou cestou, zatímco umožňuje difúzi plynů z prvního plynného proudu do druhého plynného proudu a/nebo naopak, a přičemž membrána v podstatě odděluje horní část první cesty průtoku plynu od její spodní části, a (d) pro plyn nepropustnou oblast přenosu tepla, která umožňuje přenášení tepelné energie ze spodní části prvního plynného proudu do jeho horní části a/nebo naopak.

Tento systém pro zpracování vzduchu je velice výhodný, neboť kromě již shora uvedených výhod dále poskytuje výhody v oblasti úspor energie v kombinaci s výhodami při ovlivňování kvality vzduchu.

4 44 4· 44 «4

44« «44« 44«

4444444 4 · «4 · · · « « 444 4444

4444 44 4444 44 44

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech jeho provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled na příkladné provedení systému pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu;

obr. 2a zobrazuje grafické znázornění množství částic, procházejících systémem pro difuzní přenos plynu v souladu s předmětem tohoto vynálezu;

obr. 2b zobrazuje grafické znázornění tlakového rozdílu přes membránu u jednoho provedení systému pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje schematický pohled v řezu na vícevrstvý systém pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu;

obr. 4 znázorňuje půdorysný pohled zeshora na sebe naskládané příkladné souproudé nebo protiproudé mřížky pro využití u systému pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu;

obr. 5 znázorňuje schematický axonometrický pohled na vícevrstvý systém pro difuzní přenos plynu s příčným prouděním podle tohoto vynálezu;

44 4« ·* ·*

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 4 4 · 4 4 4 4 » 4444 44 4 4 44 44 4 « 4 444 4444 •44 4 ·· 4444 44 44 obr. 6 znázorňuje schematické zobrazení kombinace tepelného výměníku vzduch-vzduch a systému pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu;

obr. 7a znázorňuje obrys koncentrace kyslíku na kanálových vstupech s využitím průtokových rychlostí o velikosti zhruba 2,36 litrů za minutu (lpm);

obr. 7b zobrazuje grafické znázornění celkového objemového množství kyslíku (jednak zjištěného experimentálně a jednak vypočteného), přenášeného z kyslíkového proudu do dusíkového proudu při různých průtokových rychlostech;

obr. 7c zobrazuje grafické znázornění koncentrace kyslíku přes délku kanálu na každé straně membrány při laminárním proudění;

obr. 7d zobrazuje grafické znázornění koncentrace kyslíku přes délku kanálu na každé straně membrány při turbulentním proudění;

obr. 8a zobrazuje schematické znázornění osobního systému pro filtrování částic v souladu s předmětem tohoto vynálezu;

obr. 8b znázorňuje čelní pohled zepředu na osobní systém pro filtrování částic v souladu s předmětem tohoto vynálezu;

obr. 9 znázorňuje axonometrický pohled na zkušební testovací komoru pro vyhodnocování systému difuzního přenosu plynu v souladu s předmětem tohoto vynálezu;

• · ···· ·« ·· ·· ·· • · · · 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9 9 « 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 • 99 9 99 9999 99 99 obr. 10a znázorňuje axonometrický pohled na systém difuzního přenosu plynu podle obr. 9;

obr. 10b zobrazuje grafické znázornění množství oxidu uhličitého (CO₂) při různých průtokových rychlostech přes systém difuzního přenosu plynu podle obr. 9;

obr. 10c zobrazuje grafické znázornění různých koncentrací oxidu uhličitého (C0₂) při konstantních pracovních rychlostech subjektu pro dvě různé průtokové rychlosti přes systém difuzního přenosu plynu podle obr. 9;

obr. 11 znázorňuje schematické zobrazení zkušební testovací komory pro vyhodnocování vlastností membrán pro difuzní přenos plynu;

obr. 12a zobrazuje grafické mikroporézní membrány a nukleární zatěžování zrychlenými částicemi;

znázornění chování membrány při jejich obr. 12b zobrazuje grafické znázornění chování mikroporézní membrány a jiné nukleární membrány při jejich zatěžování částicemi;

obr. 13 zobrazuje grafické znázornění tlaků, při kterých začíná docházet k pronikání částic pro různé mikroporézní membrány; a obr. 14 znázorňuje pohled v řezu na zkušební testovací zařízení pro zjišťování pronikání částic při nízkém tlaku pro různé mikroporézní membrány.

Příklady provedení vynálezu

Výrazy, používané v následujícím textu, mají tyto významy:

„Proud okolního plynu znamená proud nebo proudění vzduchu, představujícího suspenzi plynů, kapalin, pevných látek a/nebo jejich kombinací.

„Difúze znamená proces, kdy se jednotlivá množství kapalin, plynů a/nebo pevných látek v proudu okolního plynu nebo v klidném vzduchu promíchávají v důsledku jejich spontánního nahodilého pohybu, způsobeného tepelným promícháváním a narážením, což vede k nepřetržitému míchání až objem zaujme jednotné složení. U rozpuštěných látek se jednotlivé částice pohybují z oblasti o vyšší koncentraci do oblasti o nižší koncentraci prostřednictvím difúze.

„Difúze plynů je volný pohyb atomů a molekul plynů v proudu okolního plynu nebo v klidném vzduchu, který má tendenci provést stejnoměrné rozložení atomů nebo molekul v rámci hranic uzavřeného prostoru.

„Vdechované plyny zahrnují kyslík, dusík, oxid uhličitý a vodní páru.

„Částice jsou poměrně malé jednotlivé předměty, a to buď pevné, kapalné nebo v kombinaci pevných a kapalných předmětů, které se mohou vznášet nebo které mohou být neseny proudem okolního plynu.

• · · · «· · · • · · · · · · • · · ♦ · · • · · · · · · • · · · · ·

Částice mohou mít v průměru velikost zhruba 1,0 milimetru (mm) nebo více, a to až do méně než zhruba 0,01 mikrometru (gm) . Částice, které mají průměr o velikosti zhruba 2,0 gm nebo větší, mohou být obecně odstraňovány snadno s využitím známých konvenčních filtračních způsobů.

Částice o průměru zhruba od 0,1 gm do zhruba 0,5 gm, jako je například tabákový dým, jsou obvykle příliš malé, aby mohly být odstraněny ze vzduchu s využitím setrvačných mechanizmů, jako jsou například přímé odpadové filtry. Avšak částice takovýchto rozměrů mohou být zachycovány prostřednictvím membrán, využívaných v souladu s předmětem tohoto vynálezu.

Předmětný systém pro difuzní přenos plynu zabraňuje přenášení v podstatě veškerých částic, které mají průměr o velikosti zhruba 1,0 mm nebo menší, s výhodou zabraňují přenosu v podstatě veškerých částic, přičemž ještě výhodněji zabraňují přenosu skutečně všech částic.

„Propustnost je stav nebo vlastnost, kdy režim přepravy látky, jako je například kapalina, plyn nebo pevná látka, je prováděn přes póry nebo štěrbiny či spáry jiné látky.

„Klikatá cesta je otvor nebo průchozí cesta přes propustnou membránu, která není v podstatě přímá.

„Klidný vzduch je vzduch, který má v podstatě nulové proudění a velký pohyb.

Systém pro difuzní přenos plynu podle tohoto vynálezu dosahuje výsledků, které jsou vynikající v porovnání s

výsledky, dosahovanými prostřednictvím známých konvenčních filtrů na filtrování částic.

Membrána vytváří přepážku mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí. První plynová oblast a druhá plynová oblast s výhodou nejsou v plynovém propojení vzájemně vůči sobě, kromě průtoku přes membránu. První plynová oblast a druhá plynová oblast jsou každá opatřena mechanizmem, který je schopen nasměrovat první proud okolního plynu a druhý proud okolního plynu přes opačné povrchy membrány.

Tímto „mechanizmem může být zařízení, přístroj, postup nebo jiné prostředky či jejich kombinace, které způsobují, že proud okolního plynu proudí příčně přes membránu a ve styku s touto membránou. Membrána umožňuje difúzi plynů, obsažených v proudech okolního plynu, mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí, přičemž však podstatně zabraňuje přenosu částic.

Předmět tohoto vynálezu je zejména zaměřen na provádění výměny vdechovaných plynů mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí. Avšak jiné nevdechované plyny mohou být rovněž přenášeny pro jiné využitelné účely. Z toho vyplývá, že druhá plynová oblast může být udržována ve stavu pro podporu života nebo v jiném výhodném stavu, a to bez částic, které vznikají nebo které se vytvářejí v první plynové oblasti.

U jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu je membrána podepírána. Tato podepřená membrána podstatně zamezuje přenosu částic, pokud tlakový rozdíl přes membránu představuje tlak větší, než je tlak pevnosti v lomu dané

membrány. Poměr difuzního koeficientu zvoleného plynu při zvolené teplotě a tlaku uvnitř klikaté cesty v membráně vůči difuznímu koeficientu stejného plynu při stejné teplotě a tlaku v klidném vzduchu leží mezi hodnotami 0,002 a 0,970.

Prvním proudem okolního plynu je s výhodou vzduch vně uzavřeného prostoru. Druhým proudem okolního plynu je s výhodou vzduch uvnitř uzavřeného prostoru. Tento uzavřený prostor může představovat vnitřní prostor čisté místnosti, osobního dýchacího přístroje, vnitřní prostor automobilu, kabiny letadla, bytu, výškové budovy, továrny, nemocničního pokoje nebo celé řady dalších konstrukcí.

U alternativního provedení předmětu tohoto vynálezu může být systému pro difuzní přenos plynu využito pro zachycování částic, vznášejících se ve vzduchu, v prostoru druhé plynové oblasti. U takových uplatnění, kdy druhá plynová oblast představuje vnitřní prostor místnosti, oddělení, budovy nebo jiné konstrukce, dochází k výměně plynu primárně přes membránu, zatímco k sekundární výměně plynu může docházet v jiných oblastech, než přes membránu, jako je tomu v případě úniků kolem dveří a oken. Výraz „primárně znamená, že po dobu dlouhého časového období dochází k výrazně vyšší výměně objemu plynu mezi oblastmi přes membránu nebo přes více membrán, než je tomu přes ostatní oblasti.

První proud okolního plynu a druhý proud okolního plynu mohou být vzájemně vůči sobě nasměrovány kolmo, rovnoběžně nebo pod různými úhly. U jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu může jeden nebo více z proudů okolního plynu představovat turbulentní nebo laminární proudění vzhledem k médiu pro difuzní přenos plynu.

• * * · · · · 9t * ···· · « · « ···· · · · · <* · * « · • · · · ···· • · · · · O· «·

U předmětu tohoto vynálezu stejně jako u známých konvenčních ventilačních systémů má množství oxidu uhličitého (C0₂) tendenci ovlivňovat rychlosti proudění vzduchu. Pro systém difuzního přenosu plynu podle tohoto vynálezu mohou být rychlosti proudění stanoveny podělením uvnitř vytvářeného množství oxidu uhličitého (C0₂) změnou koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) při průchodu systémem pro difuzní přenos plynu.

Pokud například sedící osoba produkuje 0,35 litrů za minutu oxidu uhličitého (CO₂), a pokud změna koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) přes vnitřní průtokový okruh (druhý proud okolního plynu) systému pro difuzní přenos plynu činí 0,05 %, pak proudění vzduchu v tomto průtokovém okruhu činí 0,35 děleno 0,0005 neboli 700 litrů za minutu.

Na vyobrazení podle obr. 1 je schematicky znázorněn difuzní systém 20 přepravy plynu, u kterého je okolní proudění plynu z první plynové oblasti 22, proudící přes první komoru 28, přiváděno do styku s první povrchovou plochou 23 membrány 24. Okolní proudění plynu z druhé plynové oblasti 2 6, proudící přes druhou komoru 30, je přiváděno do styku s druhou povrchovou plochou 25 membrány 24.

U provedení, znázorněné na vyobrazení podle obr. 1, pak první plynová oblast 22 představuje vzduch, který je vně uzavřeného prostoru, a druhá plynová oblast 26, představuje vzduch uvnitř uzavřeného prostoru. Je zde provedeno těsnění 27 pro snížení průniku plynu mezi první plynovou oblastí 22 a druhou plynovou oblastí 26 na okrajích membrány 24. Tlakové vzorkové otvory 29a až 29d jsou umístěny na různých místech v první komoře 28 a ve druhé komoře 30 • · · · · · · • ···· ··· ······· · · ·· · · • · · · · » · « ·♦· · ·· ···· · 9 tak, že leží v blízkosti vstupních průchodů 42 a 44 a výstupních průchodů 46 a 48.

První plynová oblast 22 a druhá plynová oblast 26 spolu nejsou vzájemně tekutinově propojeny, kromě prostřednictvím membrány 24 . u uplatnění, kde druhá plynová oblast 26 představuje velkou konstrukci, jako je tomu u vysokých budov, nemusí být první plynová oblast 22 a druhá plynová oblast 26 od sebe vzájemně odděleny jinak, než prostřednictvím membrány 24 v důsledku netěsnosti nebo dočasných otvorů mezi těmito dvěma plynovými oblastmi.

V důsledku provozního procesu v rámci druhé plynové oblasti 2 6 pak okolní proudění plynu ve druhé komoře 30 obsahuje zvýšené hladiny oxidu uhličitého (CO₂) a snížené hladiny kyslíku (0₂) vzhledem k okolnímu proudění plynu v první komoře 28 . Vyšší parciální tlak kyslíku (O₂) v první komoře 28 způsobuje, že kyslík (O₂) proudí přes membránu 24 a do druhé komory 30. Současně vyšší parciální tlak oxidu uhličitého (CO₂) ve druhé komoře 30 způsobuje, že oxid uhličitý (CO₂) proudí přes membránu 24 do první komory 28.

Membrána 24 může mít takové rozměry, aby zajišťovala dostatečnou difuzní výměnu kyslíku (0₂) a oxidu uhličitého (CO₂) za účelem udržování zdravého prostředí ve druhé plynové oblasti 26, a aby přitom zabraňovala pronikání částic přes membránu 24 . Difúze kyslíku (0₂) a oxidu uhličitého (CO₂) přes membránu 24 je ovlivňována různými faktory, jako je koncentrační gradient přes membránu 24 (úměrný diferenciálním parciálním tlakům kyslíku (O₂) a oxidu uhličitého (C0₂) ), difuzní transparentnost membrány 24, geometrie průtokových potrubí na každé povrchové ploše • * · 0 0 0 0 · · • 0 0 · · ···· ······· · 0 · · ·· · • · 0 0 0 0 0 · « • · · 0 0 0 0000 0 · · membrány 24 v difuzním systému 20, dostupná difuzní povrchová plocha membrány 24, průtoková rychlost v průtokových potrubích a další faktory.

Jakákoliv spotřeba kyslíku (O₂) nebo jakákoliv produkce oxidu uhličitého (C0₂) v druhé plynové oblasti 26 způsobuje odpovídající přepravu vybraného plynu přes membránu 24.

Na vyobrazeních podle obr. 2a a podle obr. 2b je graficky znázorněn teoretický obsah částic a tlakový diferenciál přes membránu 24 podél průtokové cesty difuzní plynové přepravní membrány, využívající difuzní systém přepravy plynu, který je znázorněn na vyobrazení podle obr. 1.

Křivka 40 odpovídá statickému tlaku vzduchu v prostoru první komory 28.. Okolní proudění plynu vstupuje do první komory 28 z první plynové oblasti 22 přes vstupní průchod 42, vyznačený na levé svislé ose. Statický tlak v prostoru první komory 28 klesá, jak okolní proudění plynu prochází první komorou 28 k výstupnímu průchodu 44, vyznačenému na pravé svislé ose.

U provedení podle obr. 1 je okolní proudění plynu přes druhou komoru 30 v obráceném směru. V důsledku toho je tlak přes membránu 24 největší v blízkosti vstupního průchodu 48, jak je znázorněno průsečíkem pravé svislé osy a křivky 46 na tlakovém grafu podle obr. 2b. V určitém bodě v blízkosti středu difuzního systému 20 přepravy plynu je tlakový rozdíl přes membránu 24 přibližně roven nule průsečíku křivky 40 a křivky 46.

• *

Směr okolního proudění plynu difuzním systémem 20 může být rovnoběžný nebo skloněný pod určitým úhlem vzájemně vůči sobě spíše než protiproud, ačkoliv protiproud obvykle způsobuje větší přepravní množství systému. Jak se tlakový pokles přes membránu 24 zvyšuje, může rovněž docházet k tlakově řízenému proudění, doplňujícímu nebo ubírajícímu z difuzního proudění plynů.

Obsah částic membrány 24 je řízen zejména tlakovými rozdíly mezi opačnými povrchy membrány 24 . Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 2a, odpovídá křivka 50 obsahu částic na první povrchové ploše 23 membrány 24 . Jelikož je tlakový rozdíl větší přes membránu 24 na vstupním průchodu 42, vyznačeném levou svislou osou, je obsah částic vyšší v tomto místě. Obsah částic výrazně klesá směrem ke středu difuzního systému 20 přepravy plynu, kde tlakový rozdíl dosahuje hodnoty nula přes membránu 24 ačkoli může být obsah části vyšší než nula v důsledku náhodného pohybu plynu a odpovídajícího Brownova pohybu částic.

V důsledku toho je obsah částic na druhé povrchové ploše 25 membrány 24 vyšší u vstupního průchodu 48. Za předpokladu, že objem okolního proudění plynu na druhé povrchové ploše 25 obecně obsahuje méně částic, pak je celková úroveň obsahu částic, znázorněná křivkou 52, nižší. Jak již bylo popisováno ve spojitosti s první komorou 28, tak obsah částic výrazně poklesne, pokud je tlakový rozdíl přes membránu 24 snížen.

Na vyobrazení podle obr. 3 je schematicky znázorněn vícevrstvý difuzní systém 60 přepravy plynu, který je uspořádaný tak, aby byla co největší povrchová oblast • · · · · · · · • · · « · · 9 · • · · · · · 9 • » 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9

9·9 9 9 9 99 difuzních membrán 61 mezi průtokovým proudem 62 znečištěného vnějšího plynu a průtokovým proudem 64 méně znečištěného vnějšího plynu.

Jak je znázorněno v oblasti R, tak se koncentrace kyslíku, oxidu uhličitého, vodní páry a dalších plynů a par, difundujících přes difuzní membránu 61, mění v průběhu aktivní difúze. Například v případě laminárního proudění a za předpokladu, že koncentrace vybraného nebo cílového plynu je větší v průtokovém proudu 62 znečištěného vnějšího plynu, tak koncentrace C_x cílového plynu v průtokovém proudu 62 znečištěného vnějšího plynu v blízkosti středové čáry Di je obvykle větší, než je koncentrace C_y cílového plynu, a to v důsledku difúze přes difuzní membránu 61.

Jelikož cílový plyn nepřestává difundovat přes difuzní membránu 61, bude koncentrace Ci kyslíku na opačné straně membrány větší, než koncentrace C₂. V průběhu určitého časového období bude koncentrace C_x i nadále klesat, zatímco koncentrace C₂ bude 1 nadále vzrůstat, jak bude pokračovat proudění průtokových proudů 62 a 64 vnějšího plynu.

V prostředí laminárního proudění je rychlost proudění vnějšího plynu obecně větší podél středových čar D_x a D₂ průtokových proudů 62 a 64 vnějšího plynu. Rychlost má tendenci být nižší blíže u difuzní membrány 61. Takže difúze přes difuzní membránu 61 je omezena prostřednictvím tří impedancí:

- první mezní vrstva koncentrací C_y, mezi koncentrací

C_x a • · 9 · · · · · 9 » ·· · 9

- difuzní membrána 61, a

- druhá mezní vrstva mezi koncentrací C_x a koncentrací C₂.

Impedance mezní vrstvy je obecně snížena v prostředí turbulentního proudění.

Na vyobrazení podle obr. 4 je schematicky znázorněna mřížková vrstva 80 pro využití u vrstveného difuzního systému přepravy plynu.

Mřížková vrstva 80 je opatřena sérií dělicích rozpon 82 pro nasměrování průtokového proudu vnějšího plynu podél diskrétních cest 84 . Tyto dělicí rozpony 82 rovněž slouží jako rozpěry mezi střídavými vrstvami membrán. Difuzní systém přepravy plynu může být rovněž tvořen střídavou mřížkovou vrstvou 80 s pásy membrány (na vyobrazení neznázorněno).

Střídavé mřížkové vrstvy 80 mohou být vzájemně vůči sobě pootočeny o 180°, takže dělicí rozpony 82' podél koncových částí 87 a 88 budou mít uspořádání křížového proudění. Odnímatelné části 81, přidržující dělicí rozpony, a další součásti v prostorovém vztahu v průběhu montáže jsou odstraněny po sestavení membránové soustavy. Za situace protíproudého proudění jsou oblasti 83a a 83b vstupními oblastmi, zatímco oblasti 85a a 85b jsou výstupními oblastmi. Při souproudém proudění jsou oblasti 83a a 85b vstupními oblastmi, zatímco oblasti 83b a 85a jsou výstupními oblastmi.

Na vyobrazení podle obr. 5 je znázorněno schematické zobrazení vícevrstvého difuzního systému 90 přepravy plynu.

• · · · « · ·♦· ·

Série membrán 99 je udržována ve vzájemných prostorových rozestupech prostřednictvím soustavy dělicích rozpon 97. Střídavé vrstvy proudů 92 znečištěného vnějšího plynu se pohybují přes kanály 94 v kolmém směru vůči proudům 98 méně znečištěného vnějšího plynu v kanálech 96.

Na vyobrazení podle obr. 6 je schematicky znázorněn difuzní systém 200 přepravy plynu, uspořádaný v kombinaci s tepelným výměníkem 202 vzduch - vzduch. Proud chladného vnějšího plynu z první plynové oblasti 204 vstupuje vstupního otvoru 206 první cesty 213 průtoku plynu v horní části 211 v důsledku působení vhodného pohonu, jako je například ventilátor, čerpadlo, kompresor, dmychadlo nebo podobně.

Proud vnějšího plynu, vstupující do vstupního otvoru 206 je přiváděn k první povrchové ploše membrány 212 pro difuzní přepravu plynu na rozhraní difuzní přepravy plynu v části 210c. Tato membrána 212 v podstatě odděluje takzvanou horní část 211 první cesty 213 průtoku plynu od její spodní části 215.

Druhý nebo teplejší proud 217 plynu z druhé plynové oblasti 216 přichází do styku s opačnou povrchovou plochou membrány 212 za účelem dosahování difuzního přenosu mezi první cestou 213 průtoku plynu a druhou cestou 217 průtoku plynu v části 210c. K přenosu tepla dochází rovněž přes médium 212, takže chladnější proud 213 plynu v místě 210c je ohříván.

První, nyní již o kyslík ochuzený, teplejší proud plynu v první cestě 213 v místě 210c pokračuje podél spodní části 215 průtokové cesty 213 do místa 210b, kde je přiváděn fl · · · · • · flfl · flfl···· · φ • · « · • fl · · · · · ·· flfl * · · · • · · « • flfl · • flfl · do situace tepelné výměny s chladnějším proudem vnějšího plynu z horní části 211 v místě 210a, v důsledku čehož je přicházející plyn ohříván.

Laminární/turbulentní difúze hmoty

Funkce zařízení pro difuzní přepravu plynu závisí na tom, jaký byl předem zvolen režim mezi laminárním a turbulentním prouděním. Při uspořádání přímého kanálu dochází k laminárnímu proudění, kdy je Reynoldsovo číslo nižší, než přibližně 2 300. K turbulentnímu proudění dochází zhruba při velikosti Reynoldsova čísla vyšší, než 2 300.

Reynoldsovo číslo je definováno jako poměr setrvačných účinků k viskózním účinkům, to jest

Re^ μ

kde p - představuje hustotou tekutiny,

D - představuje ekvivalentní průměr kanálu,

V - představuje rychlost proudění, a μ - představuje viskozitu či vazkost tekutiny.

Pro plyn, který se pohybuje kanálem, je mezní vrstva definována prostřednictvím části pohybujícího se plynu, který je ovlivňován přítomností pevné meze, jako je například pórovitá membrána. Pro danou membránu pak tloušťka mezní vrstvy stanovuje množství plynu, přepravovaného z jedné povrchové plochy membrány na druhou. Silnější laminární mezní vrstvy podněcuje přepravu menšího množství plynu přes membránu v porovnání se slabšími turbulentními mezními • * «· · · ·· φ · · φ · · ♦ ·

Φ· · · · · · » • · · · φ φ · φφ ΦΦΦ· ·· «· vrstvami (vizkózními podvrstvami), které jsou blíže k difuzní membráně a jsou k ní připevněny. Současně laminární průtokové rychlosti vytvářejí vyšší koncentrační profily přes délku kanálu v důsledku větší doby zdržení tekutiny.

Pro dané uspořádání kanálu existují optimální kombinace průtokové rychlosti, průtokové dráhy, šířky kanálu a délky kanálu, stejně jako rozevření kanálu, při kterém má přenos hmoty ze vstupu do výstupu maximální hodnotu, přičemž je nutno mít na zřeteli, že vysoký pokles tlaku při vysokých průtokových rychlostech může být nebezpečný a škodlivý z důvodu možnosti deformace membrány a vysokých energetických nákladů na provoz ventilátoru.

Za účelem analýzy účinků, které má laminární nebo turbulentní proudění na přenos hmoty, byla vyvinuta celá řada experimentů pro stanovení vzájemného vztahu mezi přenosem hmoty a režimem proudění za podmínek souproudého proudění.

Laminární/turbulentní difuzní test

Experimentální zařízení, používané u tohoto testu, sestává ze dvou samostatných vodorovných průtokových kanálů, které jsou od sebe vzájemně odděleny prostřednictvím membrány (materiál, použitý dále u příkladu 5). Rozměry každého kanálu byly následující:

tloušťka - 1/8 palce (3,175 mm), šířka - 0,3125 palce (7,9375 mm), a délka - 4,0 palce (10,16 cm).

• ···· 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • · ··♦ * 9 9 9 ··· · ·· 9999 99 99

Experimentální zařízení se podobá průtokovému uspořádání, popisovanému v souvislosti s vyobrazením podle obr. 1, pouze s tou výjimkou, že vstupy a výstupy byly orientovány pod úhlem 90° vzhledem k ose průtokové dráhy, a proudění bylo souproudé namísto protiproudého.

Průtoková dráha v první komoře 28 obsahovala naprosto čitý dusík (0 % kyslíku) a spodní proudění ve druhé komoře 30 obsahovalo přefiltrovaný laboratorní vzduch (20,9 % kyslíku). Difuzní analýza byla provedena prostřednictvím převedení kyslíku z druhé komory 30, obsahující vzduch, do první komory 28, obsahující dusík. Množství kyslíku, převedené do dusíkového proudu, bylo sledováno a měřeno na výstupu 44 dráhy dusíku. Přístroje, používané pro zjišťování koncentrace kyslíku, byly tytéž, jakých bylo používáno při provádění difuzních testů, které budou popsány v dalším.

Poklesy tlaku a průtokové rychlosti byly sledovány v každé průtokové dráze na vstupu a výstupu s pomocí magnahelických plynů a průtokových rotametrů. V tabulce 1 je uveden percentuální obsah kyslíku, převedeného do dusíkového proudu, naměřený v průtokové dráze na výstupu pro souproudé proudění.

Rozdíl v hodnotách poklesu tlaku mezi dvěma proudy je způsoben rozdílnými hodnotami viskozity a hustoty každého plynu (vzduchu a dusíku). Povšimněme si, že proudění narůstalo o 5 krychlových stop za hodinu (cfh), 2,36 litru za minutu (lpm) pro případ laminárního proudění, přičemž proudění narůstalo o 10 cfh (4,72 lpm) pro případ turbulentního proudění.

1

1111 1 1

Laminární/turbulentní difuzní model

Shora provedená experimentální analýza byla velice užitečná pro získání referenční linie hladin přenosu plynu u tohoto testu.

Za účelem zkrácení experimentálního řetězového iteračního procesu zkoušek a chyb byl vyvinut model výpočetní dynamiky tekutiny (CFD) za účelem ověření některých experimentálních postupů a z důvodů řádného zvolení nej výhodnějších režimů. Po vyvinutí tohoto modelu má výpočetní proces výhodu možnosti změn parametrů, které by jinak nebylo možno provádět experimentálně.

Vyvinutý výpočetní model umožňuje využívat Navier-Stokesových řídicích rovnic, které popisují dynamiku tekutiny a přenos hmoty, ke kterým dochází v daném procesu. Model sestává z diskrétní sítové oblasti, která se podobá aktuální geometrii (s výjimkou vstupů a výstupů), kde jsou numerické rovnice řešeny za účelem dosažení přibližného řešení, které bude stejné, jako řešení, zjištěné při experimentu.

Jelikož model je pouhým přiblížením ke skutečnému systému, tak pokud je získáno řešení, je z něj možno získat informace o jakémkoliv místě fyzikální oblasti. A to takové informace, jako jsou tlakové gradienty, rychlost (včetně směru proudění), koncentrační gradienty, celková přenesená hmota a podobně, které je možno získat kdekoliv v oblasti diskrétního řešení. Vyvinutý model zahrnuje laminární a turbulentní účinky, spojené s přenosem hmoty druhů.

• ft • ftftft ·

♦ · ftft · • ftft · • ft ftft ♦ ftft · ft ftft ·

Za účelem vyvinutí srovnávací analýzy procesu byly do modelu zahrnuty fyzikální parametry a rozměry experimentu. Percentuální množství kyslíku, převedeného do dusíkového proudu, bylo hlavním parametrem, používaným pro porovnávání experimentálních hodnot s vypočítanými hodnotami.

Na vyobrazení podle obr. 7a je znázorněn boční pohled na koncentraci kyslíku pro souproudé proudění pro malou část na vstupu vzduchu (20,9 % kyslíku) a na vstupu dusíku (0,0 % kyslíku). Na uvedeném obrázku jsou znázorněny oba vstupy se vzduchovým proudem ve spodní části a s proudem dusíku v horní části, přičemž je zde znázorněna membrána, oddělující proudy plynu zleva doprava v obou proudových drahách.

Zde je důležité zdůraznit, jak lineární nárůst koncentrace kyslíku může být zachycen přímo na vstupu tohoto malého úseku dráhy proudění. Počítačový model byl provozován při rychlosti 5 krychlových stop za hodinu (cfh) (2,36 lpm) s využitím laminárního proudění, přičemž integrace koncentračních hodnot na horním výstupu poskytovala 3,57 % kyslíku (oproti 4,62 % při experimentu). Celkové objemové množství kyslíku, převedeného v každém případě, může být vypočteno násobením skutečné průtokové rychlosti percentuálním množstvím kyslíku, převedeného pro daný případ, viz tabulka 1.

Na vyobrazení podle obr. 7b je znázorněno porovnání vypočtených hodnot s experimentálními hodnotami pro celkový objem kyslíku, přenesený v režimu souproudého proudění. Důležité zjištění, vyplývající z této srovnávací analýzy, • 4 4 •••4 4 4 představuje skutečnost, že k lepšímu přenosu hmoty dochází při vyšších průtokových rychlostech (turbulentní proudění).

Účinek přenosu hmoty může být rovněž kvantifikován na základě změn koncentrace podél délky průtokové dráhy. Na vyobrazení podle obr. 7c jsou znázorněny změny koncentrace kyslíku od vstupu (x = 0) do výstupu (x = 10,16 cm) podél každé povrchové plochy 23 a 25 membrány (v blízkosti rozhraní pevné látky a plynu) u režimu souproudého proudění pro laminární průtokovou rychlost o velikosti 5 cfh (2,36 lpm) .

Na vyobrazení podle obr. 7d jsou znázorněny stejné změny koncentrace kyslíku, avšak pro turbulentní průtokovou rychlost o velikosti 140 cfh (66 lpm). Je zde možno pozorovat, že rozdíl koncentrace (AC) pro případ laminárního proudění je zhruba 1,5 % přes membránu, zatímco v případě turbulentního proudění činí rozdíl koncentrace (AC) přes membránu zhruba 8 %.

Vyobrazení podle obr. 8a a podle obr. 8b se týkají osobního difuzního systému 70 přepravy plynu. Obsluha 71 dýchá prostřednictvím obličejové masky 73, ze které je vydechovaný vzduch veden přes výdechovou trubici 75 do difuzního modulu 72 přepravy plynu. Vzduch, který je vydechován obsluhou 71, obsahuje nižší koncentraci kyslíku (O₂) a vyšší koncentraci oxidu uhličitého (CO₂) v porovnání s vnějším vzduchem.

Vnější proud 74 vzduchu (obsahující částice) je přiváděn do záběru s difuzním modulem 72 přepravy plynu, takže obsah kyslíku v přetlakovém prostoru 77 se zvyšuje a obsah oxidu uhličitého se snižuje. Kyslíkem obohacený zpětný vzduch v

44 • 4 4 4

4 4 • 4

4444 • 4 4

4 4 « 4

4 4 přetlakovém prostoru 77 prochází do dýchacího vaku 76. Vdechování vzduchu z dýchacího vaku 76 je prováděno prostřednictvím inhalační trubice 79 směrem k obsluze 71. Je zcela pochopitelné, že vnější vzduch může být případně nucené uváděn do záběru s difuzním modulem 72 přepravy plynu prostřednictvím ventilátoru nebo nějakého jiného mechanizmu.

Na vyobrazení podle obr. 9 je znázorněn axonometrický pohled na zkušební komoru 100 pro vyhodnocování difuzního systému 102 přepravy plynu. Tato zkušební komora 100 je hermeticky utěsněna, takže vytváří vnitřní plynovou oblast 104. Vzduch ve vnější plynové oblasti 106 se nesměšuje se vzduchem ve vnitřní plynové oblasti 104. V prostoru zkušební komory 100 je uspořádán cvičný přístroj 120 pro účely urychlování spotřeby kyslíku obsluhou 122.

Difuzní systém 102 přepravy plynu, který je nejvýstižněji znázorněn na vyobrazení podle obr. 10a, obsahuje vícevrstvý modul 108 difuzní přepravy plynu, který má obecně uspořádání podle obr. 4 s větším počtem od sebe vzdálených membrán. Vzduch ve vnější plynové oblasti 106 je hnán přes membrány prostřednictvím ventilátoru 112. Vzduch se vrací do vnější plynové oblasti 106 přes vstupní otvor 114.

Obdobně je prostřednictvím ventilátoru 116 prováděna cirkulace vzduchu ve vnitřní plynové oblasti 104 přes membrány. Vzduch se vrací do vnitřní plynové oblasti 104 přes vstupní otvor 118. Zkušební komora 100 a difuzní systém 102 přepravy plynu budou podrobněji vysvětleny ve spojitosti s příkladem 42. Průtok vzduchu je regulován soustavou táhel 110, která budou rovněž podrobněji popsána ve spojitosti s příkladem 42.

• a • · ·	♦ · •	4« • · ·	• · • 4	49 •	•
• · · · ♦	• ·	•	•	9 9 9	4	* 4
• · ·*· ·	• ··	•	• ····	4 4 94	4 44	•

Na vyobrazení podle obr. 10b je znázorněn graf rovnovážné koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) uvnitř zkušební komory 100 podle obr. 9 pro celou řadu průtokových rychlostí v difuzním systému 102 přepravy plynu. Na vodorovné ose je nanášena průtoková rychlost, a to jak v litrech za minutu, tak i ve stopách krychlových za minutu.

Na vyobrazení podle obr. 10b je dále znázorněna rovnováha koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) ve zkušební komoře 100 při různých průtocích vzduchu přes vícevrstvý modul 108 difuzní přepravy plynu.

Úrovně oxidu uhličitého (C0₂) byly měřeny s pomocí měřiče Model 3600 CO2, který je dostupný u firmy Mine Safety Appliance Co., 121 Gamma Dr., Pittsburgh, PA 15238.

Povšimněme si skutečnosti, že hladina rovnováhy oxidu uhličitého (CO₂) zpočátku prudce klesá, jak vzrůstá průtok vzduchu přes modul 108 difuzní přepravy plynu. Snižováním hladiny oxidu uhličitého je dosahováno hladiny zhruba 48 cfm (1360 lpm). Oxid uhličitý (CO₂) byl vytvářen při konstantní rychlosti zhruba 1,55 lpm, což je hodnota, stanovená s využitím Wassermanova vztahu, který bude podrobněji vysvětlen v dalším pro osobu mužského pohlaví o hmotnosti 255 liber (115,77 kg), která vyvíjí výkon 100 W.

Protože koncentrace mají rovnovážné hodnoty, tak modul 108 difuzní přepravy plynu převádí zhruba 1,55 lpm oxidu uhličitého (C0₂) pro každou z průtokových velikostí, uvedených na vyobrazení podle obr. 10a. Zvyšování průtoku přes modul 108 difuzní přepravy plynu má příznivý účinek při snižování uzavřené koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) .

• 4 99

4 4 4

4 4 4

4 4 4

4 4 4

44 · · 4 9 9 • · · 4 4 4 • 4444 4 4 · » » • 4 · · 4 »»· 9 99 9999

Na vyobrazení podle obr. 10c je znázorněn graf, zachycující dva postupně prováděné cvičné experimenty, které jsou uvedeny pod sebou. Horní křivka 140 představuje koncentraci oxidu uhličitého (CO₂) ve vnitřní plynové oblasti 104 při průtokové rychlosti přes oba průtokové okruhy difuzního systému přepravy plynu o velikosti 680 litrů za minutu (24 krychlových stop za minutu).

Stoupající část 141 horní křivky 140 znázorňuje nárůst koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) vůči rovnovážné hodnotě o zhruba 0,38 %. V čase 142 na horní křivce 140 se zkušební snímač za účelem měření koncentrace oxidu na výstupu 118 difuzního systému 102 Koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) na výstupu 118 je podstatně nižší, než je koncentrace ve vnitřní plynové oblasti 104.

přesune uhličitého (CO₂) přepravy plynu.

Na vyobrazení podle obr. 10c je dále znázorněna koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) v závislosti na čase pro druhý mužský subjekt o hmotnosti 190 liber (86,26 kg), který vyvíjí výkon 100 W ve dvou samostatných experimentech, které jsou oba znázorněny. Horní křivka je pro průtok vzduchu o velikosti 24 cfm (680 lpm) přes modul difuzní přepravy plynu, zatímco spodní křivka je pro průtokovou rychlost vzduchu o velikosti 48 cfm (1 360 lpm).

U obou křivek je prudká změna koncentrace způsobena přepnutím zkušebního snímače přístroje z komory na vzduch, který cirkuluje z modulu difuzní přepravy plynu zpět do komory. Pro křivku 680 lpm činí snížení 0,23 % oxidu uhličitého (CO₂) pro přenos 1,56 lpm oxidu uhličitého (CO₂) přes modul difuzní přepravy plynu. Pro křivku 1 360 lpm činí • 44 ·· 44 ·· • · · 4 · 4 4 4 4 • * 4 4 · ···· ···· ··· ··· ·« · • 4 4 4 · · « « • 44 4*44 44 44 snížení 0,1 % oxidu uhličitého oxidu uhličitého (CO₂) přes modul

Obdobně pak spodní křivka 144 znázorňuje snížené koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) , způsobované zvyšováním průtoku přes difuzní systém přepravy plynu na 1 360 lpm. V čase 145 byl zkušební snímač přesunut pro účely měření koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) na výstupu 118 difuzního systému 102 přepravy plynu. V časech 146 a 147 byl zkušební snímač přesunut opět pro měření koncentrace oxidu uhličitého (C0₂) ve vnitřní plynové oblasti 104.

Hodnoceni membrány

Membrány, kterých je používáno u předmětu tohoto vynálezu, mají takové vlastnosti, které umožňují získávat kyslík z vnějšího vzduchu bez přenosu částic hmoty. Kyslík je pochopitelně využitelný pro podporu života v uzavřeném prostoru. Pokud je kyslík získáván z vnějšího vzduchu přes membránu, pak přebytečný oxid uhličitý, vznikající v důsledku dýchání v uzavřeném prostoru, je vypuzován do vnějšího vzduchu. Membrány, které jsou vhodné pro využití u předmětu tohoto vynálezu, rovněž v podstatě zamezují přenosu znečišťujících částic.

Membrány jsou s výhodou vytvořeny z polymerního materiálu, který má vláknitou nebo zrnitou strukturu. Podíl prázdného objemu membrány je alespoň 0,2, s výhodou alespoň 0,5, a ještě výhodněji pak 0,7 nebo větší. Obvykle horní hranice podílu prázdného objemu je 0,95, výhodněji pak 0,9. Křivolaké nebo klikaté dráhy v membráně mohou být (CO₂) pro přenos 1,36 lpm difuzní přepravy plynu.

• · ·· ·· ·· • · · ···· ···« ··· · · · '*··· • ···· · · · · · · ·· · • · ··· ···· • · · · ·· ···· ·· ·· charakterizovány prostřednictvím pórů v membráně, které mají zjevně maximální velikost pórů.

Membrána s výhodou zabraňuje přenosu částic dokonce i tehdy, kdy jsou částice mnohem menší, než je skutečná velikost pórů, vymezených klikatou dráhou. Maximální velikost pórů pro v podstatě naprosté zamezení průniku částic o velikosti 0,1 gm nebo menší může mít rozměr 3,0 gm v závislosti na tlaku v membráně. Maximální velikost pórů o rozměrech 0,05 až 2,0 gm může v podstatě zamezit přenosu částic, a to dokonce i při vysokém provozním rozdílu tlaků přes membránu.

Předmětná membrána může být podepřena za účelem zvýšení tlaku mechanického zlomu nebo prasknutí. U jednoho provedení pak membrána podstatně zamezuje přenosu částic, pokud je rozdíl tlaků přes membránu větší, než je tlak prasknutí membrány.

Membrány s výhodou zamezují průniku částic, přičemž si udržují vysoké rychlosti difuzní výměny plynů. Membrány podle tohoto vynálezu mají takovou konstrukci, že mezi horní a spodní povrchovou plochou membrány jsou klikaté dráhy, které jsou otevřené, a které jsou naplněny vzduchem.

Parametry membrány, které se týkají výběrového procesu, zahrnuj i:

1. Materiál membrány

U takových uplatnění, kde je vysoká vlhkost nebo kde je povrch membrány při nízké teplotě takový, že může docházet ke ft · · · · · kondenzaci, je žádoucí využívat takového materiálu, který má nízkou povrchovou energii, takže zkondenzovaná voda nemůže pronikat do pórů a tím je zvlhčovat. Tepelné vlastnosti materiálu musejí s výhodou odolat vystavení vysokým teplotám, a to dokonce i tehdy, pokud mají membrány jemnou mikropórovitou strukturu (menší, než 1,0 mikronu).

Pokud materiál membrány nemá dostatečnou mechanickou pevnost při různých uplatnění, může být podepřen jeho vrstvením s pomocí otevřené makropórovité opěrné vrstvy mulu nebo gázy. Vzájemné spojení na rozhraní mezi membránou a opěrnou vrstvou musí být dostatečně silné k tomu, aby zabránilo oddělení opěrné vrstvy během používání, přičemž tato vrstva nesmí narušovat proces přenosu plynu.

2. Tloušťka

Tenké membrány o velikosti řádově několika mikronů až do několika stovek mikronů jsou velmi dobře využitelné, přičemž silnější membrány mohou být vyžadovány u takových uplatnění, kde dochází k vysokým tlakům nebo kdy by mohlo docházet k fyzickému týrání.

3. Podíl prázdného objemu a plného materiálu

Regulace a výběr plného materiálu nebo plného podílu membrány jsou závislé na difuzních vlastnostech. Pokud je tuhost, vyjádřená buď jako podíl nebo jako desetinný zlomek, odečtena od čísla 1,0, pak je výsledkem podíl prázdného objemu. Podíl prázdného objemu představuje součet veškerého prostoru pórů v membráně mezi dvěma povrchovými plochami membrány, podělený celkovým objemem membrány. Z hlediska průtoku nebo z hlediska výměny plynu pak podíl prázdného objemu rovněž představuje prostor, ve kterém může k takovému průtoku nebo výměně plynu docházet.

4. Průtokový odpor

Průtokový odpor může být měřen prostřednictvím času, nezbytného k tomu, aby dané množství plynu proteklo přes membránu za podmínek daného konstantního tlaku v souladu s metodou Gurleyova testu.

Průtokový odpor může být rovněž zjištěn na základě měření tlaku, který vyplývá z daného konstantního průtoku.

Znalost průtokového odporu pak v kombinaci se znalostí tloušťky membrány podílu pevného materiálu a hustoty pevného polymeru pak vede k aproximaci jak účinného průměru vláken podle Rubowa (EFD), tak i účinného průměru pórů podle Benarie-Chena (viz K. Rubow: „Submicron Aerosol Filtration Characteristics of Membrane Filters, Ph.D Thesis, Univ. of Minn., strany 37-38 (1981); M. Benarie: „Influence of Póre Structure Upon Separation Efficiencies in Fiber Filters, Staub. R. Luft 29(2) strana 37 (1969); C.Y. Chen: „Filtration of Aerosols by Fibrous Media, Ch’em. Rev. 55(6) strany 595-623 (1995)).

5. Účinný průměr vlákna

Účinný průměr vlákna (EFD) je významným faktorem pro stanovení charakteristik membrány při zamezování průniku částic. Týká se spíše zamezovacích vlastností membrány proti průniku částic než vlastností pro průnik plynu. Společně s • 000000 0 * 0 0 0 0 · • · 0 0 0 0000

000 0 00 0000 <· ·· průměrem pórů je znalost účinného průměru vlákna (EFD) velice užitečná pro zviditelnění struktury membrány.

6. Průměr pórů

Účinný průměr pórů (EPD) je přibližným vyjádřením průměrného průměru pórů. Bublinový bod průměru póru (BPPD) je reprezentativní pro největší soustavu skutečných kapilárových pórů, rozprostírajících se od jedné povrchové plochy membrány k její druhé povrchové ploše, a to ať již podél klikaté dráhy nebo nikoliv. Bublinový bod průměru póru (BPPD) je velikost soustavy pórů, která nejprve umožňuje vypuzování zvlhčující kapaliny z membrány prostřednictvím plynu. Oba tyto průměry pórů jsou uvedeny v tabulce 2.

Zkušební testy tloušťky membrány

Zkušební testy tloušťky membrány byly provedeny na dvou různých povrchových plochách o různých úrovních tlakového napětí. Membrány mají rozdílný stupeň tvrdosti, takže velikost jejich zhutnění v důsledku uplatňování tlakového napětí se bude měnit společně s velikostí napětí a s tvrdostí membrány. Zhutnění musí být zamezeno za účelem získání pravdivých výsledků měření.

Je rovněž velice důležité uplatňovat dostatečné napětí za účelem vyrovnání vrásek na membráně tak, aby byla tloušťka membrány měřena bez vzduchové mezery mezi vzorkem a měřicím povrchem. Za účelem zlepšení přesnosti byly vzorky o tloušťce 25,4 mikronu naskládány do pěti vrstev nebo v některých případech do deseti vrstev, načež byla stanovena průměrná tloušťka jedné membrány.

fl ·

Tloušťka membrán u příkladů Cl až C8 byla zkušebně testována s použitím digitálního lineárního měřicího přístroje ONO-SOKKI EG 133 od firmy Ono-Sokki Co. Ltd., Japonsko. Tento přístroj rozlišuje do 4 x 10~⁵ palce a/nebo do 1 χ 10³ mm. Vratná pružina byla u přístroje rozpojena, aby bylo umožněno, že snímač přístroje může volně spočívat na povrchu vzorku.

Hmotnost snímače byla 37 g, k čemuž byla přidána hmotnost o velikosti 100 g. Speciální měřicí příslušenství, jehož hmotnost je zahrnuta do hmotnosti snímače, a které je opatřeno plochým dnem o průměru 0,508 cm (0,2 palce), bylo použito pro styk se vzorkem. Povrchové tlakové napětí, působící na membránu v průběhu měření, mělo velikost 9,6 psi (6,62 χ 10⁴ Pa).

Tloušťka membrán u příkladů 1 až 40 byla zkušebně testována s použitím shora uvedeného přístroje. Speciální hliníkové měřicí příslušenství o hmotnosti 11,22 gramů, opatřené plochým dnem o průměru 2,866 cm (1,128 palce) se zahloubením o průměru 0,2 palce (0,508 cm), bylo použito pro styk se vzorkem.

Celková tíha, působící na vzorek, měla velikost 148,22 gramů. Plocha, působící na vzorek, měla velikost 6,24 cm² (0,9679 palce čtverečního), přičemž povrchové tlakové napětí, působící na membránu v průběhu měření, mělo velikost 0,337 psi (2,32 kPa).

9 9 9 9 9

Zkušební test hustoty pevného polymeru

Porézní membrány mají objemovou hustotu, která je stanovena tak, že se podělí hmotnost vzorku součinem jeho tloušťky a plochy. Jelikož má membrána prázdný objem, byla tato hodnota hustoty nižší, než skutečná hustota pevných polymerních částí membrány, což je možno stanovit tak, jak bude podrobněji popsáno v dalším.

Vzorky byly zváženy na vzduchu s přesností na 0,00001 gramu. Pokud byla hmotnost pod hodnotou zhruba 0,1 gramu, bylo množství testovaných membrán zvyšováno, až jejich hmotnost přesahovala hodnotu 0,1 gramu. Hmotnost byla zaznamenána. Vzorek byl umístěn do malé perforované hliníkové válcovité nádobky (o výšce zhruba 20 mm a průměru zhruba 40 mm), která je schopna toho, aby mohla být středově zavěšena v rovnováze. Tato nádobka byla s výhodou opatřena perforovanými stěnami, víkem a dnem, přičemž měla hmotnost pod 20 gramů. Dále byla opatřena tenkým nylonovým vláknem, středově připevněným k víčku s malou smyčkou na opačném konci. Hmotnost nádobky a vlákna byla zaznamenána s přesností na 0,00001 gramu.

Vzorek a nádobka byly umístěny do kádinky o obsahu 150 ml, která byla z poloviny naplněna dearomatizovaným heptanem. Vzorek byl vakuově odplyněn ve skleněné zvonovité nádobě, schopné vyčerpání až na zhruba 1 mm rtuti absolutního tlaku. Vyvíjení plynu ze vzorku bylo pozorováno a sledováno. Bublinky, vystupující v průběhu snižování tlaku, byly typickými vzduchovými bublinkami. Bublinky, vystupující při nižším tlaku, oznamovaly var heptanu. Vyčerpání bylo opakováno do té doby, až byl pozorován pouze var heptanu, přičemž při dalším odčerpávání nevycházely žádné bublinky. Od tohoto bodu byla nádobka a vzorek udržována v heptanu za účelem zabránění pohlcování vzduchu.

Přestože byl vzorek ochlazován během procesu varu heptanu, bylo nutno umožnit, aby se vzorek a heptan navrátily na pokojovou teplotu. Kádinka a nádobka byly umístěny na váhy a nádobka byla zavěšena ze shora s využitím nylonového vlákna. Heptan byl přidáván dokud byla nádobka pod heptanovým povrchem prostřednictvím určitého zvoleného standardního rozměru. To pracuje dobře pro vytvoření malého uzlíku na vlákně, takže úroveň heptanu byla konzistentní. Nádobka byla zvážena při zavěšení v heptanu. Velice důležité bylo, že nádobka visela zcela volně v heptanu. Hmotnost nádobky byla odečtena za účelem získání hmotnosti membrány, zavěšené v heptanu.

Objem pevné části membrány byl získán nejprve odečtením hmotnosti vzorku na vzduchu od hmotnosti vzorku v heptanu a podělením tohoto rozdílu hustotou heptanu, vzatou při pokojové teplotě. Potom byla hustota pevné části membrány stanovena podělením hmotnosti vzorku membrány na vzduchu shora stanoveným objemem pevné části membrány.

Průtokový odpor membrány

Odpor membrány vůči proudění vzduchu se měří v souladu s postupem ASTM-D-726-58 Method A. V průběhu zkušebního testu bylo použito zkušebních zařízení Teledyne Gurley Densometer Model 4110 a Densometer Control Unit 4136/4137, která jsou obě od firmy Teledyne Gurley, Troy, New York.

• · · · ·· ·· ··· · · · · ♦··♦ • ·« · · · ···· ·····*· · · · · · · • · · » · * · · ·

Při provádění tohoto zkušebního testu byl vzorek membrány o velikosti 1,0 palce čtverečního (6,45 cm²) vystaven působení vzduchu o tlaku 4,88 palce vodního sloupce (1,215 kPa). Byl zaznamenáván počet vteřin, které uplynuly během průtoku 50 cm³ vzduchu. Tyto takzvané „Gurley vteřiny mají potom vztah k průtokovému odporu při lineárním proudění, neboť čím je větší jejich hodnota, tím vyšší je průtokový odpor.

Průměr pórů v bodě bubláni

Při provádění zkušebního testu průměru pórů v bodě bublání se měří účinný průměr pórů (EPD) v mikronech. Zkušební test byl prováděn v souladu s postupem ASTM-F-316-86 Test Method A, který je zde sumarizován, jelikož byl přerušen v roce 1995. Při tomto zkušebním testu se stanovuje maximální velikost pórů, což je prováděno prostřednictvím předběžného navlhčení vzorku, zvýšení tlaku plynu nad vzorkem předem stanoveném poměru, a očekávání plynových bublin ve směru za vzorkem za účelem zjištění průchodu plynu přes soustavu pórů vzorku o maximálním průměru.

Postup zkušebního testu zjišťování bodu bublání je založen na principu, že zvlhčující kapalina je udržována v kapilárních pórech vzorku prostřednictvím kapilárních sil a povrchového napětí, přičemž minimální tlak, nezbytný k vytlačení kapaliny z těchto pórů, je funkcí průměru pórů. Tlak, při kterém dochází ke stabilnímu proudění bublinek, je nazýván tlakem v bodě bublání.

Při provádění tohoto zkušebního testu byl vzorek o průměru 47 mm umístěn na opěrný kotouč, opatřený první

4444 4 4

opěrnou vrstvou, sestávající ze síta se 100 oky nebo z jemnějšího síta, a druhou vrstvou, sestávající z perforované kovové desky, pro účely tuhosti či pevnosti. Jako plynu bylo použito argonu, přičemž postup byl kalibrován pro zvlhčovači tekutinu, sestávající ze 3M Fluorinert (TM) FC-43 od firmy 3M Specialty Chemicals Division, 3M Center, St. Paul, MN.

Byl vytvořen tlakový rozdíl, který byl regulován prostřednictvím přístroje, označeného jako ica-Scan Wet-flow Instrument od firmy International Consultants Association, Encinitas, CA. Tlak byl měřen tlakovým převodníkem Ashcroft Model K1 od firmy Ashcroft, což je pobočka firmy Dresser Industries, Instrument Division, Milford, CT.

Pro měření průtoku plynu přes navlhčenou membránu, kalibrovanou na 10 standard cc plynu za minutu (stabilní proud bublinek) byl použit Vacuum General Model USX2-11 od firmy Vacuum General, San Diego, CA.

Pro výpočet maximální velikosti pórů bylo použito výpočetní metody ASTM-F-316-86 podle paragrafu 9.1, a to následovně:

d = (C)(y)/(P) kde d - představuje mezní průměr v mikrometrech, y - představuje povrchové napětí v dynech na cm,

P - představuje tlak v psi nebo Pa, a

C - představuje konstantu (o velikosti 2 860 pokud je tlak v Pa, nebo o velikosti 0,415 pokud je tlak v psi).

• ·

V případě použití zvlhčovači tekutiny Fluorinert (TM) FC-43 má součin C a y velikost 6,64 dynu/cm.

Charakteristika membrány

Shora uvedeným kriteriím vyhovuje celá řada membrán. Membrána, mající mikropórézní polymerový základní materiál s požadovanými vlastnostmi difuzního přenosu plynu, je popsána například v patentovém spise US 5 260 360 (Mrozinski a další). V tomto patentovém spise je popisována membrána, která je opatřena větším množstvím náhodně rozptýlených termoplastických částic nepravidelného tvaru. Část těchto termoplastických částic je od sebe vzájemně vzdálena za účelem vytvoření mezi těmito částicemi sítě nebo průchozích cest. Část vzdálených termoplastických částic je k sobě vzájemně spojena prostřednictvím fibril.

Mikropórézním polymerním základním materiálem je jakýkoliv materiál, který je obecně opatřen kontinuálními nepatrnými otvory, které mají křivolakou či klikatou průchozí cestu přes jejich tloušťku. Pokud je žádoucí, aby celá plocha desky materiálu byla mikropórézní, pak mohou být desky materiálu, které mají pevné nebo nepórézní plochy a mikropórézní plochy, využívány pouze pro určitá uplatnění. Velikost pórů v základním materiálu bude obecně menší, než je tloušťka základního materiálu.

Jiné fólie či filmy s požadovanými žádostmi difuzního přenosu plynu zahrnují:

- fólie či filmy s orientovanými částicemi, jaké jsou popisovány například v patentovém spise US 4 777 073, v • « · ···· 9 9 9 9 • 99 9 · · 9 9 9 ·

9999999 9 9 ·· ·· *

9 9 9 9 9 9 9 9

999 9 99 9999 99 ·· patentovém spise US 4 347 844, v patentovém spise US 5 176 953 a v patentovém spise US 5 317 035;

- chladné husté filmy či fólie, jejichž pórovitost je vytvářena prostřednictvím jejich natahování za tepla a za studená, které jsou popisovány například v patentovém spise US 5 013 439, v patentovém spise US 3 839 240, v patentovém spise US 3 426 754, v patentovém spise US 3 843 761, v patentovém spise US 3 801 404 a v patentovém spise US 3 801 692;

- a další tepelně indukované fázově oddělené filmy či fólie, které jsou popisovány například v patentovém spise US 4 867 881, v patentovém spise US 4 539 256 a v patentovém spise US 4 519 909.

U předmětu tohoto vynálezu je pochopitelně možno využívat i celou řadu dalších membrán, které nebyly shora zmíněny.

S využitím shora uvedených kriterií byla hodnocena série membrán, přičemž výsledky tohoto hodnocení jsou uvedeny v tabulce 2.

V této tabulce 2 u příkladu Cl pak mírně záporný výsledek pro prázdný objem znamená, že podíl prázdného objemu je pravděpodobně velmi nízký. Protože je zde kombinace zkušebních testů, které dospívají k tomuto číslu, je pravděpodobné, že objem, vypočtený na základě tloušťky a plochy, byl mírně vyšší, což činí hmotnost, vypočtenou na základě objemu, vyšší, než je naměřená hmotnost.

• · · · ·· Φ· ·· • · « · · · · · · · · *·* φ φ · · φ φ φ ······ φ · φ φφ φφ φ • · · φ · φ φ φ φ • φφφ φφ φφφφ φφ φφ

Výraz soudržnost v pravém sloupci tabulky 2 představuje měření počtu vrstev struktury v membráně. Tato soudržnost je rovna čtyřnásobku tloušťky membrány, násobenému podílem tuhé části, což je poděleno číslem π (3,1416) a účinným průměrem vlákna (EFD). Tato hodnota může napomoci při zviditelnění počtu nárazů částic nebo molekul plynu při jejich pohybu od jedné strany membrány na druhou stranu.

Zkušební test difuzního přenosu plynu

Pro stanovení vlastností membrány pro difuzní přenos plynu jsou používány dva vzájemně související zkušební testy. Prvním je zkušební test jediné membránové vrstvy pro měření velikosti difúze plynu nebo propustnosti přes membránu. Druhým je zkušební test, zahrnující více vrstev vybraných membrán, který je prováděn za účelem stanovení skutečných difuzních vlastností membrán.

Difuzní rychlost kyslíku (0₂) ve vzduchu je zhruba 0,20 cm³ za vteřinu. Teoretická maximální difuzní rychlost kyslíku (0₂) přes membránu je menší nebo stejná, než difuzní rychlost kyslíku (O₂) přes vzduch.

Zkušební test jediné membránové vrstvy

Na vyobrazení podle obr. 11 je znázorněna zkušební buňka 150 pro difuzní přepravu plynu, která má horní část 152 a spodní část 154, kteréžto části jsou shodné. Regulované proudy o velikosti 5,00 litrů za minutu (lpm) jsou příslušně přiváděny do horního přetlakového prostoru 151 a do spodního přetlakového prostoru 153, a poté jsou vedeny přes sto stejnoměrně rozmístěných otvorů 156, které mají průměr • * ·· ♦· 9· ·· ·· · 9 · · 9 · · · · • 99 99 9 9 ♦ 9 · • 99·· ·· · · ·· 9 9 9 • · 999 9999

9999 99 9999 99 99

0,10 cm (0,04 palce) a délku 0,32 cm (0,125 palce). Tyto otvory 156 převádějí proud plynu do malých průtokových tryskových proudů, které dopadají kolmo na povrchovou plochu membrány. Tyto tryskové proudy narážejí a dopadají stejně na horní a spodní povrchovou plochu membrány 158.

Soustava jedenaosmdesáti opěrných sloupků 160 (devět jednotek krát devět jednotek) je uspořádána mezi tryskovými otvory za tím účelem, aby byla membrána udržována ve vystředěném stavu. Tyto opěrné sloupky 160 rovněž vyvíjejí mírný styk s membránou 158, přičemž však nedochází ke změně rozměrů membrány.

Průtokové tryskové proudy z otvorů 156 přivádějí první směs difundujícího plynu na každou povrchovou plochu membrány 158, přičemž rovněž přijímají druhý difundující plyn, který prochází přes membránu. Plyny poté proudí pryč od membrány 158 přes celkem čtyřicet otvorů 161 a 163 o průměru 0,125 palce (0,32 cm), které jsou stejnoměrně rozmístěny vždy deset podél strany kolem stejné délky stran zkušební buňky 150 na každé straně membrány 158. Průtok na každé straně membrány 158 poté pokračuje do bočního přetlakového prostoru pro shromažďování a přepravu směrem k příslušným výstupním otvorům 162 a 164.

Plynná směs o známém percentuálním obsahu kyslíku (O₂) a oxidu uhličitého (CO₂) s vyváženým obsahem dusíku byla přiváděna do horní části buňky, přičemž do spodní části buňky byl přiváděn stoprocentní dusík. Průtoky byly měřeny prostřednictvím speciálních průtokoměrů, popisovaných v části, nadepsané „Zkušební test průtoku plynu.

• ft ft*

• ftft · • ft * ft ftft ft • ftft · • ftft · • ft ftft

Koncentrace kyslíku byly měřeny s použitím přístroje Series 1100, Model No. 1100A0103110002000000, (603) Sevomex Analyzer Control od firmy Servomex of Norwood, MA.

Pokud bylo použito oxidu uhličitého, byla koncentrace měřena s využitím přístroje Model aq-501 air quality monitor od firmy Metrosonics, lne. of Rochester, NY.

Tlakoměr, opatřený odečítacím měřítkem s nulou uprostřed a schopný ukazovat tak malé tlakové rozdíly, jako je 0,01 palce vodního sloupce (2,49 Pa), byl připojen k horní a spodní buňce za účelem dosažení určité tlakové vyváženosti mezi horní a spodní buňkou.

Difundované množství například kyslíku je součinem koncentrace kyslíku, zjištěného v dusíkovém (spodním) průtokovém proudu, a výstupního proudu části spodní buňky. Přesné výstupní proudy mohou být stanoveny prostřednictvím výpočtu vyváženosti hmoty kyslíku nebo hmoty dusíku s využitím algebry.

Jelikož jsou množství difundovaného kyslíku a difundovaného dusíku přibližně stejná, tak výstupní proudy jsou velmi blízko hodnotě 5,00 lpm vstupních proudů, přičemž při použití 5,00 lpm pro výstupní proudy nebude patrně ubráno od stanovení velikosti difundovaného plynu. Například u příkladu 19 pro membránu Gelman GN-6 0, 45 gm bylo převedeno 6,74 % kyslíku (0₂) na 5,0 lpm průtoku pro celkové množství 0,337 lpm převedeného kyslíku (O₂) .

V tabulce 3 jsou uvedeny difuzní výsledky pro membrány, zkušebně testované ve zkušebním testu jediné membránové * · ·· ·· ·» • 9« ···· ··· • 4 · · 4 · 4 4 · • Μ»<ι·· · · « · 44 • 4 · · · · 4 · ··· 9 99 ·Μ· 94 vrstvy s použitím kyslíku a oxidu uhličitého jako testovaných plynů. Čím vyšší je hodnota, tím lepší jsou difuzní vlastnosti membrány.

Zkušební test vícevrstvé membrány

Při provádění zkušebního testu vícevrstvé membrány je využíváno stejného postupu a stejného vybavení, jako u shora popisovaného zkušebního testu jediné membrány. Zkušební test vícevrstvé membrány umožňuje stanovení účinných difuzních koeficientů plynů uvnitř struktur membrány.

Za účelem stanovení difuzních přenosových vlastností membrán je nutno zjistit, co se děje uvnitř membrány od mezní vrstvy, působící na obě čelní plochy membrány a v jejich blízkosti. Podíly membrány je možno zjistit prostřednictvím série experimentů, při kterých jsou vzrůstající vrstvy membrán ukládány na vrchol každé další membrány v těsném kontaktu.

Opěrné sloupky 160, znázorněné na vyobrazení podle obr. 11 slouží k udržování jednotlivých membrán 158 ve sloupci membrán v těsném kontaktu. Při provádění tohoto zkušebního testu je nejprve testována jedna membrána, poté dvě membrány, poté čtyři membrány, a nakonec osm membrán.

Pro každý z uvedených čtyř zkušebních testů je stanovována veličina „L na základě následující rovnice, založené na Fickově zákoně.

Difundované množství =

D.A.C

L

4 4» ··

4 4 4 4 4

4· 44 4

444444 4 4 4

4 4 4 4

4444 44 4444

4 »4 • 4 4 · « · 4 · • 4 · 4 • 4 · · • 4 44 přičemž difundované množství je v (cm³/s)

D - představuje difuzní koeficient (cm²/s)

A - představuje zkušební plochu (39,44 cm²)

C - představuje průměrný gradient koncentrace (vyjádřený desetinným číslem)

L - představuje délku difuzní dráhy (cm).

Difuzní koeficient D je vzat z publikace Perry's Chemical Engineers' Handbook, Fourth Edition (McGraw-Hill).

Zkušební plocha A byla stanovena prostřednictvím odečtení celkové plochy jedenaosmdesáti shora popisovaných opěrných sloupků 160 od celkové vystavené plochy membrány 158.

Průměrný gradient koncentrace C byl vypočítán na základě vstupní a výstupní koncentrace kyslíku. Pokud je například válec vzduchu, obsahujícího 20,90 % kyslíku a 79,10 % dusíku, přiveden na horní povrchovou plochu membránového sloupce, a stejný proud dusíku s obsahem 0,00 % kyslíku je přiveden na spodní povrchovou plochu membránového sloupce, a pokud výstup z horní povrchové plochy obsahuje 14,59 % kyslíku, zatímco výstup ze spodní povrchové plochy obsahuje 6,27 % kyslíku, pak průměrná koncentrace na horní povrchové ploše je (20,90 + 14,59) děleno dvěma, nebo 17,745. Průměrná koncentrace na spodní povrchové ploše je (6,27 - 0,0) děleno dvěma, nebo 3,135. Průměrná gradient koncentrace kyslíku přes membránu je potom (17,745 - 3,135) nebo 14,61 %. V difuzní rovnici je toto vyjádřeno jako desetinné číslo o velikosti 0,1461.

* · ·· ·4 ·· ·· »· · · · · · · · · · » · · · · · · · · · • ···· 9 9 · 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

999 9 99 9999 99 99

Výraz na levé straně rovnice, to jest difundované množství, je stanoven stejně, jako u zkušebního testu membrány s jedinou vrstvou.

Na základě shora uvedených informací může být vypočítána veličina L.

Veličina L má tři složky. Pokud jsou proudy, které nesou plyny do oblastí nad a pod membránami, stejné, potom jsou mezní vrstvy plynu nad a pod membránou stejné, přičemž každý přispívá stejnou složkou veličiny L. K těmto dvěma částem veličiny L je přidán příspěvek membránového sloupce pro daný zkušební test. Jak vzrůstá počet vrstev, tak příspěvek mezní vrstvy k veličině L zůstává konstantní, přičemž nárůst veličiny L je způsobován pouze přidávanými membránami. V důsledku toho je možno zjistit, co se děje uvnitř membrán působením jakýchkoliv mezních efektů.

Výsledky zkušebního testu vícevrstvé membrány jsou uvedeny v tabulce 4. Odečtením účinné difuzní tloušťky membrány od celkové účinné přenosové tloušťky jediné vrstvy je možno získat ještě stejnou tloušťku vzduchové mezní vrstvy. Pokud jsou výsledky tohoto výpočtu zprůměrněny pro membrány podle tabulky 4, pak výsledkem ’je 0,17 6 cm. tato hodnota je ještě zcela ekvivalentní tloušťce vzduchové filmové mezní vrstvy pro horní a spodní mezní vrstvy za použitých podmínek.

Při provádění těchto zkušebních testů je povoleno používat mírně odlišné celkové ekvivalentní tloušťky mezní vrstvy vzduchového filmu o hodnotě mezi 0,17 a 0,18 cm,

přičemž však tato hodnota musí být udržována konstantní od jednoho srovnávacího testu ke druhému.

Zvolené membrány, vybrané ze skupiny podle příkladů 1 až 40, vykazují vynikající vlastnosti difuzního přenosu v porovnání s membránami podle srovnávacích příkladů Cl až C8. Pro danou tloušťku pak nižší hodnota účinné difuzní tloušťky membrány znamená vynikající vlastnosti pro přenos plynu.

Poměr difuzních koeficientů je numericky ekvivalentní s poměrem efektivní difuzní tloušťky membrány ke skutečné tloušťce membrány. Poměr difuzního koeficientu zvoleného plynu, jako je kyslík, při zvolené teplotě a při zvoleném tlaku v klidném vzduchu, k účinnému difuznímu koeficientu téhož plynu uvnitř membrány při stejné teplotě a při stejném tlaku, leží v rozmezí od 1,03 do 500.

Zkušební test průtoku plynu

Přesné měření průtokového objemu plynu je kritické vůči měření difuzního průtoku, používanému pro charakteristiku difuzních vlastností membrán. Následující způsob bude opakovat průtoky s přesností lepší, než 0,5 %. Absolutní přesnost závisí na postupu, použitém pro kalibraci měření. Při používání objemových měřičů plynu jsou absolutní chyby omezeny tak, že jsou menší než zhruba jedno procento.

Postup závisí na Hagen-Poiseuilleově zákonu:

7f<ťyh_L

128·π·1 • · · · · · · • ···· · ♦ · ···· ·· · · ·· · · kde

Q - představuje objemovou rychlost proudění (cm³/min) d - představuje průměr (cm) γ - představuje měrnou specifickou hmotnost (g/cm³) h_L - představuje hlavní ztrátu v potrubí (cm proudící tekutiny) μ - představuje viskozitu neboli vazkost plynu (g · s/cm²)

- představuje délku potrubí (cm).

U výhodného postupu bylo více než 350 kapilárních trubic a 24 měřicích trubic o vnitřním průměru 0,012 palce (0,0305 cm) a o délce 2,605 palce (6,617 cm) uspořádáno rovnoběžně ve větší hliníkové trubce. Prostory mezi trubicemi byly utěsněny epoxidovým materiálem, takže pouze vnitřními otvory mohlo proudění protékat. Tyto systémy byly poté kalibrovány prostřednictvím utěsnění některých z trubic, výsledkem čehož bylo ústrojí, vytvářející tlakový pokles o velikosti 249 Pa (1,0 palce vodního sloupce) na každý litr za minutu proudění vzduchu.

Počáteční kalibrace byla provedena se vzduchem, zatímco následující kalibrace byly provedeny s kyslíkem, s dusíkem a s jakýmikoliv dalšími použitými plyny. Tato kalibrace je nezbytná, neboť daný postup závisí na vlastnostech příslušných použitých plynů. Uspořádání menších trubic, utěsněných ve větší trubici, se nazývá HP trubice.

Zkušební buňka pro zkušební test difuzního přenosu plynu má horní a spodní část, z nichž každá je schopna přijímat a ······ · · ·· · · • · · · · · · • · · ···· · · · · vydávat proudění. Při nominální rychlosti proudění o velikosti 5 litrů za minutu buď přes horní nebo přes spodní část pak tlakový pokles buňky činí 8,0 Pa (0,032 palce vodního sloupce).

Při kalibrování HP trubic byl do každé přiváděn plyn, který má být testován (vzduch, kyslík, dusík), přičemž byl výstup trubice připojen k objemovému průtokoměru Singer Model DTM 115 od firmy American Meter Co., Horsham, PA. Bylo zjištěno, že tlak, který je potřebný pro provoz průtokoměru značky Singer, měl hodnotu mezi 4,98 až 37,4 Pa (0,02 až 0,15 palce vodního sloupce) a průměrně v průběhu času zhruba 19,93 Pa (0,08 palce vodního sloupce).

Prostřednictvím připojení HP trubice k průtokoměru značky Singer pro účely kalibrace, a prostřednictvím nahrazení průtokoměru zkušební buňkou s difuzním koeficientem se přesvědčíme, že průtoky v daném kalibračním bodě jsou stejné v rámci mezí přesnosti. Proudění, uváděná u předmětu tohoto vynálezu, jsou objemová proudění.

Stanovení charakteristik blokování částic a zátěžových charakteristik membrán

Bylo zjištěno, že membrány se ve svém provedení velice liší vzhledem k potřebám předmětu tohoto vynálezu. Jedním z nejvýznamnějších požadavků je schopnost membrány podstatně blokovat průchod částic přes mikropórézní strukturu. Předmět tohoto vynálezu vyžaduje v podstatě úplné zamezení průchodu částic, přičemž druhým hlavním požadavkem jsou vysoké rychlosti přenosu plynu prostřednictvím difúze ve skutečných přírodních podmínkách, kdy jsou přítomny potenciálně • ·

znečišťující částice. Třetím důležitým požadavkem je mechanická celistvost.

Vzhledem ke vzájemným vztahům mezi těmito požadavky jsou mikropórézní membrány využitelné u předmětu tohoto vynálezu tehdy, pokud jsou splněny kombinace následujících podmínek:

1. Zvolené membrány zcela znemožňují průchod částic, pokud je přes membránu v podstatě nulový rozdíl v celkovém tlaku (součet statického a dynamického tlaku). Takovéto membrány mají minimální využitelné schopnosti pro blokování částic.

2. Zvolené membrány úplně zamezují průchodu částic, pokud je celkový tlak přes membránu nižší, než je maximální tlak, zjištěný přes membránu v průběhu jakékoliv fáze cyklu životnosti v definovaném provozním systému.

3. Zvolené membrány umožňují difuzní přenos plynu a odpařování molekul přes mikropórézní strukturu.

4. Zvolené membrány zcela znemožňují průchod částic pokud je celkový tlak přes membránu nižší, než je maximální definovaný tlak, který je schopen zničit celistvost membrány prostřednictvím roztržení nebo prasknutí zvolené membrány.

5. Zvolené membrány si udržují vysoký stupeň difuzního přenosu plynu, pokud jsou výrazně zatíženy částicemi za určitých podmínek jejich využití.

Minimální užitečné charakteristiky při blokování částic

Kombinace shora uvedených podmínek (1), (3) a (5) je využitelná u systému, kde jsou membrány využívány pro úplné zamezení průchodu částic, přičemž umožňují přenos plynů za následujících podmínek. A to za prvé za předpokladu uzavřeného prostoru, odděleného od vnějšího prostředí, znečištěného částicemi. Dále za předpokladu podmínek, kdy dochází k vyrovnání tlaku mezi uzavřeným prostorem a vnějším prostředím, znečištěným částicemi.

Podpora životních procesů nebo procesů, kdy jsou spotřebovávány nebo vyvíjeny plyny v uzavřeném prostoru při v podstatě zcela zablokovaném přívodu částic, může být prováděna s využitím membrán podle tohoto vynálezu, uspořádaných mezi uzavřeným prostorem a vnějším prostředím za podmínek volných nebo přírodních vodivých procesů, které nevyvíjejí žádné podstatné tlaky přes membránu. Membrány, které mají minimální charakteristické vlastnosti pro blokování částic, jsou u shora uvedeného systému využitelné.

Charakteristiky blokování částic při nízkém tlaku

Kombinace shora uvedených podmínek (2), (3) a (5) je využitelná u systémů, kde je membrán používáno pro úplné zamezení průchodu částic, přičemž je umožňován přenos plynu za následujících podmínek. A to za předpokladu, že je uzavřený prostor opatřen:

a) membránovým modulovým systémem, φφφ φφφφ ♦ · φ φ φφφ φ φ * φφφ* φφφφφφφ φ φ φφ ·· · φ φ φφφ φφφφ φφφ φ φφ ΦΦΦ· ·· Φ·

b) ventilátorem a potrubním systémem pro cirkulaci vzduchu přes membránový modulový systém, a

c) druhým ventilátorem a potrubním systémem pro cirkulaci vzduchu z vnějšího prostředí, znečištěného částicemi, do membránového modulu a přes tento membránový modul a potom zpět do vnějšího prostředí.

Úspěšné funkce je dosahováno tehdy, pokud tlakové rozdíly mezi znečištěnou a neznečištěnou částí membránového modulu leží v určitém specifickém rozmezí schopnosti membrány úplně blokovat průchod částic.

Charakteristiky blokování částic při vysokém tlaku

Kombinace shora uvedených podmínek (3), (4) a (5) je využitelná u systémů, kde je membrán používáno pro úplné zamezení průchodu částic, přičemž je umožňován přenos plynu za následujících podmínek. A to za předpokladu, že je uzavřený prostor opatřen:

a) vysokotlakým membránovým modulovým systémem,

b) vysokotlakým ventilátorem a potrubním systémem pro cirkulaci vzduchu přes membránový modulový systém, a

c) druhým vysokotlakým ventilátorem a potrubním systémem pro cirkulaci vzduchu z vnějšího prostředí, znečištěného částicemi, do membránového modulu a přes tento membránový modul a potom zpět do vnějšího prostředí.

Vysoké tlaky přes membránový modul jsou využitelné pro vytvoření podmínek turbulentního proudění uvnitř membránového modulu, přičemž jsou rovněž využitelné pro membránové moduly, mající omezující úzké průtokové dráhy za účelem maximalizace rychlostí difuzního přenosu plynu.

Vysoké tlaky přes membránu zavádějí konvekci jako druhý významný mechanizmus přenosu plynu. V závislosti na uspořádání vzájemných spojení mezi membránovým modulovým systémem a prvním a druhým vysokotlakým ventilátorem a potrubním systémem může být dosaženo mírného prospěchu z hlediska celkového přenosu plynu pro daný plyn, jako je například oxid uhličitý (C0₂) ·

Příklady

Experimentální postupy

Pro stanovení charakteristických vlastností membrán při blokování částic bylo použito dvou různých experimentálních systémů. Prvního systému bylo použito za účelem provádění následujícího:

1. Tlakový stav nulového rozdílu

Na vyobrazení podle obr. 14 je znázorněn experimentální systém, který obecně vychází z vyobrazení podle obr. 1, a který je určen pro umístění předmětné membrány 24/ mezi proti sobě ležícími komorami 28'a 30' za účelem vytvoření nulového tlakového rozdílu přes membránu nebo takového tlakového rozdílu, který je velmi blízko nuly. Odpovídající součásti a prvky jsou označovány obdobnými nebo stejnými vztahovými značkami.

Spodní komora je udržována bez částic prostřednictvím proudění velmi čistého vzduchu touto spodní komorou rychlostí zhruba 0,7 lpm. Přívod tohoto vyčištěného vzduchu je vytvářen tak, že stlačený vzduch prochází vícestupňovým filtrem, průtokoměrem a uzavřeným vnitřním potrubním systémem 182, jak je na vyobrazení znázorněno. Uzavřený průtok tímto vnitřním potrubním systémem 182 o rychlosti 4 až 5 lpm zabraňuje působení tlaku na spodní komoru 30' a minimalizuje možnost, aby okolní částice vstupovaly do uzavřeného vnitřního potrubního systému 182 prostřednictvím jejich proudění ve velice čistém vzduchu.

Mezi vnitřním potrubím 182 a krytem 180 je vůle, v jejímž důsledku je zde vytvořen prstencovitý průtokový prostor kolem vstupního potrubí 182. Průtok přes spodní komoru 30' je řízen rychlostí 0,7 lpm prostřednictvím vzorového čerpadla v přístroji pro měření částic značky Portacount Plus od firmy TSI, lne., St. Paul, MN.

Částice jsou přiváděny do horní komory 28' prostřednictvím průchodu proudu vzduchu o rychlosti 4 až 5 lpm přes kouřový generátor. Kouř je vytvářen na jednom doutnajícím konci kusu bavlněného lana, výrobek č. 10196 Southgate (TM) sash cord od firmy Wellington Leisure Products lne., Madison, GA. Polymerní jádro bavlněného lana bylo odstraněno, takže bylo ponecháno pouze vnější bavlněné opletení, které bylo umístěno na izolační a ohni odolnou keramickou plochu na dně obrácené pětigalonové konve. Většina kouřem znečištěného vzduchu byla vedena obchvatem do • 4 44 44 ·· ·· • · · · · · · 4 4 4 4 • * · 44 4 «444

4444444 4 4 4» 44 4

4 444 4444

444 4 44 4444 44 44 kouřového poklopu. Menší proud o rychlosti zhruba 0,7 lpm kouřem znečištěného vzduchu byl veden přes první ventil do membránového čerpadla a dále přes druhý ventil.

První ventil ovládá vstupní průtok čerpadla, zatímco druhý ventil ovládá výstupní průtok čerpadla. Předmětný proud byl poté veden přes třílitrovou vyrovnávací komoru, průtokoměr a do horní komory 28' testovacího systému. Bylo zjištěno, že stavu nulového tlaku je možno dosáhnout omezením restrikce průtoku, vystupujícího z horní komory 28' a vyvážením průtoků na rychlost 0,7 lpm za účelem vytvoření pokud možno identických tekutinových mechanických podmínek v horní komoře 28' a ve spodní komoře 30' testované buňky.

Distribuce kouřových částic o příslušném průměru byla měřena s použitím měřicího systému TSI Scanning Mobility Particle measuring systém od firmy Thermo Systems lne., St. Paul, MN. Bylo zjištěno, že distribuce částic o příslušné velikosti byla souměrná kolem hlavního průměru částic o velikosti 0,12 gm, přičemž ležela v rozmezí nejvýše 0,60 gm a nejméně 0,03 gm v průměru.

Za účelem provádění zkušebního testu zvolené membrány byla tato membrána umístěna mezi horní komoru a spodní komoru, načež bylo proudění vyváženo. Průtokový proud ze spodní komory bez částic může nejprve obsahovat částice, neboť byl otevřen vůči okolním částicím (obvykle zhruba 2 000 až 5 000 částic na cm³) v průběhu instalace membrány.

Pokud se průtokový proud začíná postupně čistit v průběhu časového období, když je zde nulový tlakový rozdíl přes membránu, lze učinit závěr, že membrána byla efektivní překážkou při nulovém tlaku. Pokud průtokový proud ve spodní komoře nedosáhne hodnoty nula, nebo pokud dojde ke zvýšení koncentrace částic, je možno učinit závěr, že membrána byla neúčinná jako překážka proti průniku částic při stavu nulového tlaku.

Úkolem shora uvedeného experimentu je stanovit, zda mohou být částice přenášeny přes membránu prostřednictvím samotného difuzního procesu nebo nikoli.

2. Tlakový stav nízkého rozdílu

Experimentální systém podle obr. 1, používaný pro tlakový stav nulového rozdílu, byl modifikován tak, aby umožnil vystavení membrán nízkému kladnému tlaku částicemi znečištěného vzduchu. Spodní komora a systém byly stejné, jakých bylo použito i pro tlakový stav nulového rozdílu.

K horní komoře a k systému byly přidány hrubě a jemně nastavitelné výstupní ventily za účelem omezení proudění, vystupujícího z horní komory. Toto uspořádání dále umožňuje, aby tlak v horní komoře mohl být zvyšován a regulován v širokém rozmezí nízkých tlaků, jak je uvedeno na grafu podle obr. 13.

Na obr. 13 je graficky znázorněno působení překážky pro částice u různých membrán jako funkce nízkých tlakových rozdílů přes membránu. Membrány jsou uváděny na levé svislé ose grafu podle obr. 13. Pokud se pohybujeme podél vodorovné osy y, mají membrány tendenci mít větší póry, větší vlákna, menší povrchové plochy a menší hmotnost. Oblast 200 • · ·· ·4 ·· ·· • · · · · · · 4 · · 4 • 44 ·· · 4 · · * ······· 4 · 4 4 4 4 · • 4 · · · 4 4 4 ·

444 φ 44 ··*· 44 44 představuje průnik částic, zatímco oblast 202 představuje nulový průnik částic.

Jak vyplývá z vyobrazení na obr. 13, tak membrány C6, 38 a C7 částice neblokují, a to dokonce ani při v podstatě nulovém tlakovém rozdílu. Membrány ve spodní části grafu podle obr. 13 obecně blokují částice při vyšších naměřených tlakových rozdílech. Na druhé straně však některé z membrán, které blokují částice, a které jsou naneseny na svislé ose y, nemusejí poskytovat optimální difuzní rychlost. Z toho vyplývá, že pro veškerá uplatnění je velice důležité prověřovat jak difuzní rychlost, tak i vlastnosti při blokování částic.

Na grafu podle obr. 13 je znázorněn tlak, při kterém procházejí první částice. Pokud částice procházejí při nulovém tlaku, jako je tomu v prvních třech případech, je přenos částic způsoben pouze difúzí. Podrobením membrán tomuto zkušebnímu testu je možno vyřadit a eliminovat membrány pro další praktické uvažování při jejich uplatnění u předmětu tohoto vynálezu, protože testované membrány přenášejí částice pouze prostřednictvím samotné difúze.

3. Tlakový stav vysokého rozdílu

Za účelem stanovení charakteristických vlastností membrán při blokování částic za podmínek vysokého tlaku až do tlaků, které mohou způsobit prasknutí membrány, pokud není podepírána přes vhodné a užitečné rozpětí, jak k tomu může dojít u membránového modulu, jsou prováděny následující zkušební testy.

»« ·· • · • « « • ······ · · • · · · « ··· · ·· · ·· ·

Výstup vzduchového kompresoru s vratným pohybem byl připojen ke vzduchové nádrži o délce 48 cm a o průměru 31 cm, která má kapacitu zhruba 55 litrů. Stlačený vzduch byl veden od výstupu z nádrže přes tlakový regulátor do zkušební komory, obsahující membránu, podepíranou na fritě. Tato frita měla čelní průměr 2,85 cm a byla opatřena póry o velikosti přibližně 50 μη. tak, aby byl umožněn volný průchod vzduchu při provádění úplného podpírání pod membránou. Povrch frity byl hladký a byl vyrovnán hliníkovým povrchem, použitým ve spojitosti s těsnicím O-kroužkem právě přes obvod frity.

Průtok, přicházející z membránového filtru, byl zpracováván přístrojem Porta-count instrument za účelem zjištění částic při protržení membrány. Zkušební test byl prováděn tak, že nejprve byla nádrž naplněna stlačeným vzduchem, odebraným z místnosti, který byl poté vypouštěn ve formě proudění přes membránu při postupně se zvyšujícím tlaku s využitím tlakového regulátoru. Byl zaznamenán tlak a průtok, při kterém byly pozorovány první částice.

Pokud nebyly pozorovány žádné částice až do maximálního tlaku o velikosti 50 psi (344,7 kPa) , byla membrána testována s využitím přísnějšího zkušebního testu, a to s použitím kouře, vznikajícího doutnáním bavlněného lana, jak bylo již shora popsáno u zkušebního testu při tlakovém stavu nízkého rozdílu. Kouř byl vtlačován do nádrže a zkušební test byl znovu opakován, jak shora uvedeno. Pokud nebyly v proudění, vystupujícím z membrány, zjištěny žádné částice, byl zaznamenán maximální tlak. Pokud byly částice zjištěny, byl zaznamenán tlak, kdy k tomu došlo.

9 · · • 9 99 ·9 99 • · · 9 9 9« 9 « · 9 9 9 9

9 9 99 99 9

9 999 9999 »99 9 99 9999 99 99

V tabulce 5 je uvedeno chování membrán, podrobených vysokému rozdílu tlaku s využitím jak pokojové, tak i vyšší koncentrace kouřových částic. Membrány podle příkladů C4, 18 a 25 vyvolávají proražení částic u prvního testu dokonce i s poměrně nízkými koncentracemi pokojových částic, což je irelevantní vůči testům za mnohem přísnějších podmínek.

Membrána podle příkladu 1, která byla podrobena testu částic při pokojové teplotě však vykazuje průnik při koncentraci kouřových částic o velikosti 570 000 částic na cm³. Membrány podle příkladů 15 a Cl nemohly být testovány, protože mají obě vysoký pokles tlaku, takže nebylo možno vyvinout postačující průtok pro řádné zásobování měřicího přístroje Porta-count instrument. Jak zcela jasně vyplývá z tabulky 5, tak zbývající membrány vykazují v podstatě kompletní blokování částic, a to dokonce i při tlacích v rozmezí od 45 do 50 psi (310 až 345 kPa).

4. Lámací zkušební test

Frita ze shora uvedeného zkušebního testu byla nahrazena otevřeným hliníkovým prstencem, majícím vnější průměr o velikosti 2,85 cm, vnitřní průměr o velikosti 2,40 cm a výšku o velikosti 0,70 cm. Dvě kruhové ocelové tyče, z nichž každá měla průměr o velikosti 0,23 cm, byly vzájemně vůči sobě rovnoběžně vloženy do čelního okraje prstence ve vzdálenosti o velikosti 0,90 cm, přičemž každá tyč byla vzdálena od průměru prstence o velikost 0,45 cm.

Tyče, lícující s horním okrajem prstence, tak vytvářejí opěru pro vzorek membrány, což způsobuje, že vzorek má rozpětí 0,9 cm v úzkém rozměru a 2,4 cm v širším rozměru.

α · ·· ·· » ··· ···· a··* ··· ·· · « ♦ · · • ···· ··· ······ • · ··· ···· ··· · ♦· ···· ·· »·

Za účelem stanovení lámacích vlastností membrány byl tlak zvyšován až do té doby, kdy došlo k prasknutí membrány, přičemž byl maximální tlak zaznamenán, jak je uvedeno v tabulce 6. V případech, kdy byl proveden vícenásobný test při různých úhlech pootočení vzorku u stejné membrány, byla zaznamenána menší hodnota.

5. Zkušební test zatížení částicemi

Tento zkušební test stanovuje schopnost zvolených membrán udržovat si přijatelně vysokou úroveň difuzního přenosu za reálných podmínek zatížení částicemi a potenciálního znečištění. Za těchto podmínek pak velikost konvekčního proudění, hnaného prostřednictvím tlaku přes membránu, je závislá na propustnosti pro proudění vzduchu, přičemž toto proudění řídí proces zatížení částicemi. Výsledky zátěžového testu podle obr. 12a a obr. 12b jsou uplatnitelné pro membrány, které spadají do této kombinace podmínek.

Zkušební testovací systém byl uspořádán tak, že byly dva vzorky membrán vystaveny stejnému zdroji vzduchu, obsahujícího částice ve formě aerosolu nebo v pevné formě. Každá z membrán byla opřena o pro plyn propustnou porézní fritu, opatřenou póry o velikosti zhruba 50 gm. Tato frita byla namontována v rámu tak, že okraje frity lícovaly s horní plochou rámu. Vystavená plocha pro působení vzduchu pro každou membránu činila 2,5 x 2,5 palce (6,35 x 6,35 cm), takže celkem 6,25 palce čtverečního (40,32 cm²).

0,6 cm silný kousek RTV pryže, opatřený dvěma čtvercovými otvory, vymezujícími plochu působení na membránu,

a mající postačující délku a šířku pro pokrytí celého obvodu každé frity, byl umístěn přes membránu. Tento pryžový kousek byl určen k zajištění utěsnění vůči vzduchu prostřednictvím nahrazení kousku nepórézního plastikového filmu pro každou membránu za účelem sledování neproudícího stavu.

Porézní frita vymezuje přetlakový prostor, přičemž je tento přetlakový prostor opatřen výstupním otvorem pro připojení k potrubí, umožňujícímu připojení tlakoměru pro měření poklesu tlaku přes membránu a fritu. Výstupní potrubí bylo připojeno ke vzduchovému čerpadlu, přičemž výstup ze vzduchového čerpadla byl připojen k vyrovnávací komoře o objemu jednoho galonu za účelem vyrovnání pulzací. Výstup z této vyrovnávací komory byl připojen k průtokoměru.

Membrány u příkladů 8 a C3 byly vystaveny vedle sebe působením pokojového vzduchu na nepřetržité bázi s výjimkou doby, nezbytné pro měření změn charakteristik těchto membrán. Příslušné hodnoty za pokojových podmínek byly měřeny s pomocí přístroje Portacount Plus Model 8020 Quantitative Respirátor Fit Tester od firmy TSI, lne., St. Paul, MN. Byl zjištěn počet částic, který ležel v rozmezí od zhruba 1 000 do zhruba 8 000 částic na cm³ vzduchu.

Jak je znázorněno na grafu podle obr. 12a, tak průtok přes membránu u příkladu C3 byl 9,4 lpm pro více než 400 hodin trvání zkušebního testu. Percentuální množství přenosu kyslíku (O₂) je uváděno na levé svislé ose, zatímco tlakový pokles přes membránu je vynášen na pravé svislé ose. Čas je uváděn na vodorovné ose.

Průtok přes membránu u příkladu C3 byl nejprve 9,4 litru za minutu a byl udržován na této hodnotě 9,4 litru za minutu po dobu prvních 95 hodin, po jejímž uplynutí byl tlakový pokles přes membránu příliš vysoký pro udržování počátečního průtoku. Zkušební test pro difúzi plynu přes jedinou vrstvu byl proveden v intervalech, které sledovaly změny ve vlastnostech přenosu plynu. Zde je třeba si povšimnout skutečnosti, že přestože množství zátěže membrány bylo u příkladu C3 menší, než tomu bylo u příkladu 8, tak vlastnosti přenosu plynu u membrány podle příkladu 8 byly nezměněny nebo se změnily pouze velmi mírně v průběhu zkušebního testu, zatímco vlastnosti přenosu plynu u membrány podle příkladu C3 byly sníženy zhruba na desetinu původní hodnoty.

V grafu podle obr. 12b jsou uvedeny výsledky porovnání membrány podle příkladu 2 s membránou podle příkladu C2. Membrána podle příkladu 2 nevykazuje buď žádnou změnu nebo vykazuje pouze velmi mírnou změnu difuzních vlastností po uplynutí 477 hodin zkušebního testování při průtokové rychlosti o velikosti 9,4 litru za minutu. Je velmi zajímavé, že vlastnosti difuzního přenosu se změnily velice málo, zatímco vlastnosti poklesu tlaku výrazně vzrostly.

V případě membrány C2 jsou vlastnosti difuzního přenosu výrazně sníženy, přičemž vlastnosti poklesu tlaku vykazují značný nárůst při méně než 200 hodinách. Nebylo možné udržovat průtok přes membránu C2 na plné hodnotě 9,4 lpm pro celou dobu trvání zkušebního testu. V důsledku toho byla membrána C2 zkušebně testována méně důrazněji v porovnání s membránou podle příkladu 2.

• ·

6. Zkušební test rychlosti přenosu částic v plynu

Pro účely tohoto testu se stanovuje počáteční hodnota rychlosti přenosu kyslíku přes zvolenou membránu, a to prostřednictvím již popsaného zkušebního testu jediné membránové vrstvy. Tloušťka mezní vrstvy klidného vzduchového filmu má pevnou hodnotu, která leží v rozmezí od 0,17 do 0,18 cm. Zvolená membrána je následně vystavena částicím s využitím zkušebního testu přivádění částic, a to tak, že změna poklesu tlaku při zvolené průtokové rychlosti na jednotku plochy pro vzduch obsahující částice, vzrůstá o 25 % nebo více.

Zvolená membrána je poté znovu vyhodnocena s využitím zkušebního testu jediné membránové vrstvy za účelem stanovení výsledné rychlosti přenosu kyslíku po přivedení předepsaného množství částic. Mezní vrstva klidného vzduchového filmu musí být udržována na stejných hodnotách, jaké byly předepsány v počátečním zkušebním testu jediné membránové vrstvy. Následující percentuální zmenšení přenosové rychlosti plynného kyslíku přes membránu se stanoví z poměru přenosu plynného kyslíku před a po zkušebním testu přivádění částic.

Příprava vzorků

Patentovým spisem, který se týká přípravy mikropórézních materiálů pro příklady 1 až 3, je patentový spis US 4 539 256 (Shipman), vydaný 3. září 1985, v němž je popsán způsob zpracování mikropórézního materiálu, který obsahuje kroky tavného míchání krystalizovatelného termoplastického polymeru se sloučeninou či směsí, která je mísitelná s termoplastickým polymerem při teplotě tání polymeru, přičemž se však fáze

oddělují při ochlazení na krystalizační teplotu polymeru nebo na teplotu nižší, vytváření tvarovaného výrobku z roztavené směsi, ochlazování tohoto tvarovaného výrobku na teplotu, při které termoplastický polymer krystalizuje za účelem dosažení fázového oddělení termoplastického polymeru a sloučeniny či směsi, a dále vytváření výrobku, obsahujícího agregát z první fáze, obsahující částice krystalizovaného termoplastického polymeru v druhé fázi sloučeniny, a orientování výrobku v alespoň jednom směru za účelem získání sítě vzájemně spojených mikropórů.

Druhým patentovým spisem, který se týká přípravy mikropórézních materiálů, a to zejména pro příklady 4 až 9, je patentový spis US 4 726 989 (Mrozinski) , vydaný 23. února 1998, ve kterém je popisován způsob zpracování míkropórézního materiálu, obsahující kroky tavného míchání krystalizovatelného termoplastického polymeru se smísitelnou sloučeninou nebo směsí a s očkovacím činidlem pro vytváření krystalizačních zárodků, vytváření tvarovaného výrobku z roztavené směsi, ochlazování tohoto tvarovaného výrobku na teplotu, při které očkovací činidlo způsobí, že termoplastický polymer krystalizuje, takže dochází k oddělení fází mezi termoplastickým polymerem a sloučeninou či směsí, načež se vytváří výrobek, obsahující agregát z první fáze, obsahující částice krystalizovaného termoplastického polymeru ve druhé fázi sloučeniny, načež je sloučenina případně odstraněna a výrobek je dvouose napínán ve stroji v příčných směrech za účelem vytvoření sítě vzájemně propojených pórů v membráně.

Příklady 1 a 2

U těchto příkladů byl pro vytvoření membrán využit způsob, který je popsán v patentovém spise US 4 539 256 (Shipman), který byl vydán 3. září 1985.

U příkladu 1 (839-3B) byla 35 : 65 roztavená směs vysoce hustého polyetylénu, který má tavný průtokový index 5,0 (ASTM D 1238-82), a který je možno získat pod obchodním označením „FINA 9255 od firmy Fina Oil and Chemical Company of LaPorte, TX, a minerálního oleje, který je možno získat pod obchodním označením Amoco White Minerál oil #31 USP grade, protlačována rychlostí 6,8 kg/hod. (15 lbs/hod.) s využitím dvojitého šnekového vytlačovacího stroje, spojeného s filmovým lisovadlem, majícím mezeru o velikosti 0,76 mm při teplotě 199° C (390° F), na chlazené vzorované odlévací kolo, opatřené pyramidovitými výstupky, majícími vrcholky kosočtverečného tvaru 0,02 mm² za účelem dosažení zhruba 10 % stykové plochy, udržované při teplotě 32° C (90° F) .

Poté byl film extrahován rozpouštědlem s využitím 1,1,1-trichloretanu za účelem odstranění oleje a dvouose napínán 4,0 x 4,0 (nebo 400 % ve strojním směru a 400 % v příčném směru) při teplotě 70° C (158° F) ve strojním směru a při teplotě 77° C (170° F) v příčném směru.

Příklad 2 (1069-1X) byl připraven obdobně, jako příklad 1, avšak s následujícími výjimkami.

Hmotnostní poměr polyetylénu k minerálnímu oleji činil 36 : 64. Výsledný film byl extrahován s využitím HCFC-1,2,3 (což je dostupné pod obchodním označením

ΊΟ

Vertrel 423 od firmy Dupont Company) po dobu zhruba 8,1 minuty v aditivní odnímatelné lázni za účelem odstranění minerálního oleje.

Film byl poté vysoušen při teplotě 28° C (83° F) a dvouose napínán 2,7 x 2,7 (nebo 270 % ve strojním směru a 270 % v příčném směru) při teplotě 35° C (95° F) ve strojním směru a při teplotě 93° C (200° F) v příčném směru.

Fyzikální charakteristiky tloušťky filmu, hmotnosti na jednotku plochy, hustoty pevného polymeru, průtokového odporu (Gurley) a pórovitosti v bodě bublání jsou uvedeny v tabulce 2.

Z výsledků zkušebního testu byly vypočteny hodnoty desítkové frakce prázdného objemu, průměru pórů Benaire, účinného průměru vlákna Rubow a tuhosti, které jsou uvedeny v tabulce 3.

Přiklad 3

Mikropórézní propylénová membrána, připravená protlačováním roztavené směsi a jejím litím na ochlazovaný válec, což bylo následováno extrakcí a dvouosým napínáním filmu, je dostupná pod obchodním označením „KN 9400 od firmy Personál Care and Related Products Division, 3M Company, St. Paul, MN. Byly měřeny nebo propočítávány fyzikální vlastnosti této membrány, přičemž výsledky jsou uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

• ·

Příklad 4

Zejména u příkladu 4 (817-8) byl krystalizovatelný polypropylén typu 6723 od (dostupný pod obchodním firmy Hercules, lne.), velikosti 0,903 g/cm³, tavný průtokový index (ASTM D 1238, Condition I) o velikosti 0,8 a bod tání při teplotě zhruba 176° C, za sucha smíchán se zhruba 0,30 % hmotnostními očkovacího činidla dibenzylidin sorbitol (dostupného od firmy Milliken Chemical pod obchodním označením Millad 3905) před přidáním polymeru do šnekového vytlačovacího stroje.

označením „Profax mající hustotu o

Polymer byl vytlačován při teplotě tání zhruba 189° C (372° F) ve Berstorff 40 mm, dvoj itém spojeným mezerou, umístěným nad šnekovém vytlačovacím stroji s lisovadlem se štěrbinovitou ochlazovaným kolem. Šnekový vytlačovací stroj byl provozován při průtlačné rychlosti zhruba

312 cm³/min.

za účelem vytváření filmu, shromažďovaného při rychlosti zhruba 6,1 m/min.

Minerální olej (dostupný pod obchodním označením Amoco White Minerál Oil #31 USP Grade od firmy Amoco Oil Co.), mající teplotu bodu varu zhruba 200° C a standardní viskozitu Saybolt o velikosti 360 až 390 při teplotě 38° C (zhruba 80 centistoků), byl současně přiváděn do dvojitého šnekového vytlačovacího stroje vstřikovacím otvorem při takové rychlosti, aby bylo dosahováno směsi 55 % hmotnostních polypropylénového polymeru a 45 % hmotnostních minerálního oleje.

Tavenina polypropylénu a minerálního oleje byla vytlačována ve formě filmu, přičemž byla tavenina ochlazována • · · · ·· · 9 9 9 • 9 · · 9 · · · · « ♦

9 9 ·· · *9·· <····«« 9 9 9 9 · · · • · 9 9 9 9999

9 9 9 *9 9999 9« 99 na hladkém licím kole (bubnu), udržovaném při teplotě zhruba 60° C (140° F) . Potom byl film namáčen v 1,1,1-trichloretanu po dobu 3,6 minuty v aditivní odnímací lázni za účelem odstranění minerálního oleje, načež byl film vysoušen při pokojové teplotě. Mikropórézní film byl následně dvouose napínán 2,5 x 2,5 (nebo 250 % jak ve strojním směru, tak i v příčném směru) při teplotě 80° C ve strojním směru a při teplotě 121° C v příčném směru. Vlastnosti membrán jsou uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

Příklady 5 a 6

U příkladů 5 a 6 byl proveden proces přípravy mikropórézního materiálu, který je stejný, jako byl proces u příkladu 4, avšak s následujícími rozdíly:

U příkladu 5 (826-4) a u příkladu 6 (826-8) byl hmotnostní poměr polypropylénového polymeru Profax 6723 k minerálnímu oleji 40 : 60. Tato polymerová tavenina byla protlačována na ochlazované vzorované licí kolo, opatřené pyramidovitými výstupky, majícími vrcholky kosočtverečného tvaru o velikosti 0,02 mm² za účelem dosahování zhruba 10 % stykové oblasti, udržované při teplotě 140° C. Filmy byly dvouose napínány 2,7 x 2,7 (nebo 270 % jak ve strojním směru, tak i v příčném směru). Výsledky všech měření a výpočtů jsou uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3 jako příslušné příklady 5 a 6.

·· ·· ·

444 4444 • 44 4444 44 44

Příklady 7 a 8

Mikropórézní membrána byla podmínek, jako u příkladu 4, odlišnostmi:

připravena za stejných avšak s následujícími

U příkladu 7 (930-2C) bylo zhruba 0,40 % (vztaženo na hmotnost polymeru) očkovacího činidla dibenzylidin sorbitol (Millad 3905) za sucha smícháno s polypropylénovým polymerem před vstupem polymeru do šnekového vytlačovacího stroje. Poměr složek polypropylénu a minerálního oleje činil 35 : 65. Po odlití na shora popsané licí kolo s komolými jehlany byl film polypropylénu, minerálního oleje a činidla Millad 3905 propírán v rozpouštědle HCFC-1,2,3 (které je dostupné pod obchodním označením Vertrel 423 od firmy Dupont Company) po dobu zhruba 5,7 minuty v aditivní odnímací lázni za účelem odstranění minerálního oleje.

Každý film byl poté vysoušen a dvouose napínán 2,7 x 2,7 (nebo 270 % jak ve strojním směru, tak i v příčném směru)při teplotě 80° C ve strojním směru a při teplotě 121° C v příčném směru.

U příkladu 8 (1030-1B) bylo zhruba 0,'20 % (vztaženo na hmotnost polymeru) očkovacího činidla dibenzylidin sorbitol (Millad 3905) za sucha smícháno s polypropylénovým polymerem před přivedením polymeru do šnekového vytlačovacího stroje.

Poměr složek polypropylénu a minerálního oleje činil 33 : 67. Po odlití na shora popsané licí kolo s komolými jehlany byl film polypropylénu, minerálního oleje a činidla Millad 3905 propírán v rozpouštědle HCFC-1,2,3 (které ♦ · ···· je dostupné pod obchodním označením Vertrel 423 od firmy Dupont Company) po dobu zhruba 6,6 minut v aditivní odnímací lázni za účelem odstranění minerálního oleje.

Každý film byl poté vysoušen při teplotě 60° C a dvouose napínán 2,5 x 2,8 (nebo 250 % ve strojním směru a 280 % v příčném směru) při teplotě 110° C ve strojním směru a při teplotě 132° C v příčném směru. Fyzikální vlastnosti výsledných membrán byly změřeny a jsou souhrně uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

Příklad 9

Mikropórézní	membrána byla	připravena	za stejných
podmínek, jako odlišnostmi:	u příkladu 4,	avšak s	následuj ícími
U příkladu 9	(1213-2D) bylo	zhruba 0,06 %	(vztaženo na

hmotnost polymeru) očkovacího činidla dibenzylidin sorbitol (Millad 3905) za sucha smícháno s krystalizovatelným polypropylénem (dostupným pod obchodním označením Shell 5D45 od firmy Shell Chemical Co.), který má tavný průtokový index (ASTM D 1238, Condition I) o velikosti 0,65 a teplotu bodu tání o velikosti zhruba 176° C.

Směs polymeru a očkovacího činidla byla tavně smísena s minerálním olejem, přičemž poměr polymeru k minerálnímu oleji činil 31 : 69. Po odlití na licí kolo, opatřené kosočtverečným křížovým vzorem s povrchovou šířkou každé plošky o velikosti zhruba 0,12 mm, což poskytuje zhruba 40 % stykové plochy, a při udržování teploty 66° C byl film polypropylénu, minerálního oleje a činidla Millad 3905

propírán v rozpouštědle HCFC-1,2,3 (které je dostupné pod obchodním označením Vertrel 423 od firmy Dupont Company) po dobu zhruba 6,8 minut v aditivní odnímací lázni za účelem odstranění minerálního oleje.

Každý film byl poté vysoušen při teplotě 60° C a dvouose napínán 2,23 x 3,3 (nebo 223 % ve strojním směru a 330 % v příčném směru) při teplotě 87° C ve strojním směru a při teplotě 132° C v příčném směru. Fyzikální vlastnosti výsledné membrány byly změřeny a jsou souhrně uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

Příklad 10

U tohoto příkladu (1216-9 EVAL) byl proveden postup podle příkladu 5 na základě patentové přihlášky US č. 08/568 808, která je zde uváděna ve formě odkazu, a to s následujícími odchylkami:

58,7 % hmotnostních etylén vinyl alkohol kopolymerů (který je dostupný pod označením EVAL F-100B™ od firmy Eval Corp. of America), 24,5 % hmotnostních polyetylén glykolu (který je dostupný pod označením PEG 200 od firmy Dow Chemical Co.) a 16,8 % hmotnostních glycerinu (který je dostupný pod označením USP 99,7 % natural od firmy Procter and Gamble Co.) bylo tavně smícháno a protlačováno na vzorované licí kolo, opatřené jehlanovitými výstupky, majícími kosočtverečné vrcholky o velikosti 0,02 mm² za účelem dosažení zhruba 10 % stykové plochy, udržované při teplotě 77° C.

4 4 44 • 44 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4444 44 4 4 44 44 4 • 4 444 4444 ··· · ·· ··♦· ·* ·«

Výsledný pásovitý materiál byl propírán ve vodní lázni. Výsledný pás byl propírán ve vodní lázni po dobu přibližně 7,6 minuty. Tento pás byl dvouose napínán ve vlhkém stavu 1,9 x 1,9 (nebo 190% ve strojním směru a 190 % v příčném směru) při okolní teplotě. Na konci napínacího procesu byla voda odstraněna prostřednictvím odpařování při teplotě 182° C za účelem vysušení a vyžíhání membrány. Vlastnosti membrány jsou uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

Přiklad 11

Pás z polypropylénového vyfukovaného mikrovlákna (BMF), připravený v souladu s postupem, popisovaným v práci autora Wente, Van A. : „Superfine Thermoplastic Fibers, Industrial Engineering Chemistry, svazek 48, strany 1342 až 1346, a v práci Wente, Van A. a další: „Manufacture of Superfine Organic Fibers, zpráva č. 4364 laboratoře Naval Research Laboratory, zveřejněná 25. května 1954, byl získán z filtrační tkaninové části prostřednictvím odstranění vložky vysokokapacitního kapalinového filtru, známého pod obchodním označením „743B a dostupného od firmy 3M Filtration Products, 3M Company, St. Paul, MN.

Část filtrační tkaniny měla kalandrovánou konstrukci ze čtyř vrstev polypropylénu BMF, přičemž každá vrstva měla základní hmotnost 20 gm/m², v důsledku čehož byla celková základní hmotnost filtračního pásu 80 g/m². Fyzikální vlastnosti pásu z vyfukovaného mikrovlákna (BMF) byly změřeny a jsou uvedeny v tabulce 2 a v tabulce 3.

·· ····

Přiklad 12

Pás propylénového filmu Celgard (reg.) 2400, dostupného od firmy Hoechst Celanese Corp., Separations Products Division, Charlotte, NC, byl podroben zkušebním testům, jejichž výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.

Příklady 13 až 16

Pás membrány z vysoce hustého polyetylénu Dupont Tyvek (reg.) Type 10-1056-D, dostupné od firmy Dupont of Wilmington, DE, byl podroben zkušebním testům jako u příkladu 1, přičemž výsledky jsou uvedeny v tabulce 2. Pásy typu 10-1073-D, 10-1079 a 10-1085-D, z nichž každý je vyroben z vysoce hustého polyetylénu, byly takto testovány a jsou uvedeny jako příklady 14, 15 a 16 v tabulce 2.

Příklady 17 a 18

Pás membrány s póry o velikosti 0,1 gm typu Costar MF MB, vyrobený ze směsi nitrátu celulózy a diacetátu celulózy a dostupný od firmy Corning Costar Corporation, One Alewife Center, Cambridge, MA, byl podroben zkušebním testům podle příkladu 1, přičemž výsledky jsou prezentovány jako příklad 17.

Pás membrány s póry o nominální velikosti 0,2 gm typu Costar MF MB byl obdobně podroben zkušebním testům jako u příkladu 18, přičemž veškeré výsledky jsou uvedeny v tabulce 2.

• ftft *· ·* ft· • · · · · ftftftft ftft ftft · · · · ft ······ · · ·· · · · • · · · · · · ftft ftft ·♦·· ftft ftft

Příklady 19 až 31

U příkladu 19 byl pás smíšené celulózové esterové membrány o nominální velikosti pórů 0,45 pm typu Gelman GN-6 Metricel, která je dostupná od firmy Gelman Sciences, Ann Arbor, MI, podroben zkušebním testům podle příkladu 1.

Dvanáct dalších variant membrány typu Gelman bylo obdobně podrobeno zkušebním testům a následně pak prezentováno jako příklady 20 až 31. Výsledky a označení membrán jsou uvedeny v tabulce 2.

Pro příklady 23 až 25 a 28 byl polymerem polysulfon.

Pro příklady 26 a 27 byl polymerem akrylový kopolymer, litý na nylonový netkaný substrát.

Pro příklad 29 byl polymerem nylon.

Pro příklad 30 byl polymerem polyvinylchlorid a pro příklad 31 byla materiálem skelná vlákna s akrylovým pojivém.

Příklady 32 až 38

U příkladu 32 byl pás smíšené celulózové esterové membrány s póry o velikosti 0,22 pm typu Millipore MF, která je dostupná od firmy Millipore Corporation, Bedford, MA, podroben zkušebním testům jako u příkladu 1. Dvě další smíšené celulózové esterové membrány s póry o velikosti 3,0 a 8,0 pm byly rovněž podrobeny zkušebním testům, přičemž příslušné výsledky jsou zde uvedeny jako příklady 33 a 34.

• · flfl flfl flfl «· • flfl flflflfl «flflfl • · · fl· · flflflfl • flflflfl flfl fl fl flfl · · fl • · · « · flflflfl • flfl · flfl flfl·· flfl flfl

Pro příklady 35 a 36 byl typem polymeru polyvinyliden fluorid a pro příklady 37 a 38 byl typem polymeru polytetrafluóretylén.

Příklady 39 a 40

Pás polypropylénové membrány s póry o velikosti 0,1 μπι typu Akzo Nobel Faser, která je dostupná od firmy Akzo Nobel Faser AG Membrána of Wuppertal, SRN, byl podroben zkušebním testům jako u příkladu 1, přičemž příslušné výsledky jsou uvedeny v tabulce 2 jako příklad 39.

Druhý obdobný pás, avšak s póry o velikosti 0,2 μπι, byl rovněž podroben zkušebním testům, přičemž je zde prezentován jako příklad 40.

Srovnávací příklady Cl až C7

Pás polykarbonátové membrány s póry o nominální velikosti 0,015 μπι typu Costar PC MB, která je dostupná od firmy Corning Costar Corporation, Cambridge, MA, byl podroben zkušebním testům podle příkladu 1 a je zde prezentován jako příklad Cl.

Další pásy polykarbonátových membrán typu Costar byly obdobným způsobem podrobeny zkušebním testům, jejichž výsledky jsou prezentovány jako příklady C2 až C7 a jsou uvedeny v tabulce 2.

·· · · 0 0 ·· ·· • 00 · · · · 0 · 0 · • · · ·· · ···· 0000000 · · 0 0 00 0 • 0 000 0000

000 · 00 0 · 0 0 00 00

Srovnávací příklad C8

Pás silikonové pryžové membrány o síle 0,001 palce (25,4 μπι), která je dostupná od firmy Membrane Products Corp., Albany, NY, byl podroben zkušebním testům z hlediska tloušťky. Membrána je nepórézní, což činí další údaje v tabulce 2 neuplatnitelné.

Příklad 41

Osobní respirátorový systém s difuzním přenosem plynu byl vyroben kombinací membrány s difúzím přenosem plynu a s křížovým průtokem podle obr. 5 s modifikovanou verzí respirační obličejové masky č. 7300 střední/velká typu Easi-Air (TM). Membrána s difuzním přenosem plynu a respirační obličejová maska byly dále zabudovány do osobního respiračního systému s využitím ohebné hadice, pružného pro plyn nepropustného vaku a standardního ventilového vybavení.

Na vyobrazeních podle obr. 8a a podle obr. 8b je znázorněn celý osobní respirační systém dýchacího přístroje. Inhalační ventil na pravé straně dýchacího přístroje byl utěsněn za tím účelem, aby bylo umožněno dodávat veškerý vdechovaný vzduch z jedné hadice. Středový výdechový ventil byl ponechán v provozu a byl utěsněné připojen k hadici, vedoucí do přívodního přetlakového prostoru na vstupu do membrány s difuzním přenosem plynu.

Membrána s difuzním přenosem plynu byla vyrobena s využitím membrány č. 2400 typu Celenese Celgard podle příkladu 12. V orientaci, znázorněné na obr. 5, má stodvacetosm svislých obdélníkovitých štěrbin pro přijímání

	81	• · · • ···· • · • · · ·	• · · · • · · · · • · · • · · · · ·	• · · · • · · · • · · · • · « ·
vydechovaného vzduchu šířku 1,9 mm,	tloušťku	1,0 mm a	délku
20,8 mm.	Struktura konstrukce je	vymezena	kombinací	stěn
membrány	a prostorových vrstev.	Stodvacetdevět příčných

průtokových kanálů, obsahujících okolní vzduch je podrozděleno prostřednictvím křížových příčných rozpěr na šestnáct částí, z nichž každá je pro celkové množství 2 064 jednotlivých kanálů, z nichž každý má šířku 1,0 cm, tloušťku 1,0 mm a délku 2,54 cm.

Rozpěrné vrstvy jsou vytvořeny vrstvením polystyrénu pro obvyklé účely o tloušťce 0,040 palce (1 mm) s oboustranně potaženou lepicí páskou typu 3M č. 1522, která je dodávána včetně uvolňovací vložky. Rozpěrné vrstvy jak pro podélnou, tak i pro příčnou podpěru membrány, byly vyrobeny nejprve vrstvením polystyrénového pásu s lepicí páskou a poté zpracováním pomocí řezání vodním proudem do tvaru rozpěr.

Uvolňovací vložka je stržena v průběhu montáže za účelem umožnění kompletního utěsnění membrány vůči rozpěře. Každý ze stodvacetiosmi svislých kanálů obsahuje 105,7 cm² membrány, z čehož je 46,9 cm² blokováno prostřednictvím rozpěr, takže je ponecháno 58,8 cm² aktivní membrány, rozdělené na dva pásy, každý na jedné straně štěrbiny. Celkové množství aktivní membrány v systému je 7 531 cm² nebo zhruba. 0,75 m².

Jak je zcela jasné ze struktury membrány s difuzním přenosem plynu, vyobrazené na obr. 6, tak části membrány, vytvářející stěny každé štěrbiny, rovněž vytvářejí stěny příčných průtokových kanálů. Přídavné rozpěry, probíhající vodorovně, přičemž štěrbiny jsou svislé, udržují dýchací štěrbiny rozevřené a vymezují velikost příčných průtokových kanálů.

• · · · · · · ···· « · · ·· · · · · · ······· · · · · ·· · • · · · · · · · · ·«· · ·· ···· ·· ··

Pružný vak, utěsněný a připojený ke spodní části membrány pro difuzní přenos plynu, může být vyroben z celé řady různých pružných ohebných nepórovitých materiálů. Vstupem do pružného vaku je výstup z membrány pro difuzní přenos plynu na výdechu. Výstup pružného vaku je připojen a utěsněn k hadici, která vede do vdechového inhalačního ventilu v obličejové masce dýchacího přístroje.

Za provozu je vydechovaný vzduch veden přes membránu pro difuzní přenos plynu po každém výdechu uživatele. V důsledku nádechu se výdechový ventil uzavírá, čímž zabraňuje tomu, aby se předchozí vydechnutý vzduch opět navrátil do obličejové masky. Vydechovaný vzduch proudí volně přes svislé štěrbiny a do pružného vaku. Jak tento vydechovaný vzduch proudí, je přebytek oxidu uhličitého (C0₂) přenášen do okolního prostředí, zatímco je kyslík (0₂) přenášen do dýchací štěrbiny.

Tímto způsobem má vzduch, vstupující do pružného vaku, snížený obsah oxidu uhličitého (C0₂) , a zvýšený obsah kyslíku (0₂) v porovnání se vzduchem, který je vydechován uživatelem. Vodní páry z vydechovaného vzduchu jsou rovněž převáděny do okolního prostředí. Pružný vak se nafukuje při výdechu, přičemž se vyfukuje při nádechu, v důsledku čehož dochází k nepřetržité recyklaci vzduchové hmoty, která je zbavena znečišťujících částic, s výjimkou určitého množství částic, které sem mohou vstoupit v důsledku netěsnosti obličejové masky. Dokonalé utěsnění obličejové masky má za následek celkovou izolaci uživatele od částic, obsažených v okolním vzduchu.

» 4 4 4 4 4 4 » · · · · · ·· · · 4 · «· 4

Za účelem provedení zkušebního testu funkce předmětného zařízení si osoba mužského pohlaví navlékla celý systém a prováděla cvičení ve dvou úrovních.

V úrovni zkoušky chůze po prodlouženou dobu až do trvání jedné hodiny, poskytovalo zařízení postačující výměnu plynu, a to včetně kyslíku (0₂), oxidu uhličitého (C0₂) a vodních par (H₂0), zajišťující dostatečný komfort uživatele bez zjevných nepříznivých účinků.

Při druhé úrovni zkoušky pak příslušný subjekt šel normální chůzí vzhůru po třech schodech a poté pokračoval v chůzi v úrovni země. Při obou těchto zkušebních podmínkách umožňoval pohyb daného subjektu, aby atmosférický vzduch procházel přes příčné průtokové kanály za účelem odstraňování oxidu uhličitého (C0₂) a vodní páry (H₂0) a za účelem přivádění kyslíku (0₂) . Za podmínek druhého zkušebního testu došlo k mírnému zvýšení obsahu oxidu uhličitého (C0₂), což bylo potvrzeno mírnou kyselou chutí v ústech. Zvýšená hladina oxidu uhličitého (C0₂) se vrátila na normální úroveň, když subjekt pokračoval po rovině.

Z uvedeného lze odvodit, že předmětné zařízení je využitelné pro mírnou pracovní zátěž, -přičemž může být zdokonaleno pro těžší pracovní zátěž použitím ventilátoru v atmosférické části systému pro vedení vzduchu přes kanály stejnoměrnou rychlostí. Při tomto opatření byl systém využitelný pro výměnu plynů mezi uživatelem a okolním prostředím v důsledku volné výměny okolního vzduchu na vnější straně membrány pro difuzní přenos plynu a v důsledku poháněného vedení na vnitřní straně na základě dýchacího cyklu.

·· · · 9 · ftft · · ··· ♦ · · · · « · · •••••ftft · · ftft ftft · • · ft·· ···· ··· ft ftft ··<· ftft ftft

Příklad 42

Kryt, znázorněný na vyobrazení podle obr. 9, byl použit pro stanovení schopnosti difuzního přenosu plynu u membrány pro dífuzní přenos plynu, přičemž má uspořádání podle obr. 9. Uvedený kryt měl výšku 194 cm, šířku 77 cm a délku 139 cm. Na zadní straně krytu byla jeho šířka zvětšena na 194 cm za účelem uložení paží a ramen zkoušeného subjektu.

Rám byl zkonstruován ze čtyřhranné hliníkové trubky o velikosti 2,54 cm, svařené ve všech spojích, přičemž stěny a strop byly vytvořeny z průhledných polykarbonátových tabulí. Za účelem utěsnění krytu bylo mezi rámem a tabulemi použito silikonového těsnění. Na podlahu bylo použito pěnového pásového těsnění. Vstup do krytu byl usnadněn zvednutím celého krytu pro účely vstupu z přední části. Vnitřní objem krytu byl vyhodnocen prostřednictvím fyzikálního měření a změn koncentrace během přidávání plynu na velikost zhruba 2m³. Volný objem plynu uvnitř komory představoval objem krytu minus objem, který zaujímá subjekt, a minus objem, který zaujímá příslušenství.

Za účelem provedení zkušebního testu stupně utěsnění krytu od okolního prostředí byla komora naplněna směsí 0,50 % plynného oxidu uhličitého v dusíku. Po uplynutí čtyř dnů se koncentrace oxidu uhličitého v krytu nesnížila v žádném změřitelném rozsahu. To umožňuje učinit závěr, že lidský subjekt může provádět zkušební testy po dobu jedné nebo dvou hodin, a to s jistotou, že výměna plynu mezi zkušebním subjektem a okolním prostředím bude prováděna pouze přes membránu pro difuzní přenos plynu, aniž by docházelo k jakýmkoliv únikům.

• · · ·· · · · · · ·····* φ · φ ·· ·· · • · φ φ · · « · · ··· φ ·Φ ·»·· ·· ·«

Membrána pro difuzní přenos plynu byla umístěna na skloněný panel před testovacím subjektem, jak je znázorněno na obr. 9, přičemž sestává ze stojedenatřiceti aktivních vrstev membrány podle příkladu 5 v kombinaci s rozpěrami, uspořádanými do konfigurace podle obr. 4, a je s výjimkou tvaru vyrobena v souladu s postupem použitým pro osobní membránu pro difuzní přenos plynu s příčným průtokem.

Stojedenatřicet vrstev membrány přenáší plyny mezi stodvaatřiceti průtok obsahujícími vrstvami, přičemž je každá vrstva rozdělena na deset průtokových kanálů, jak je zřejmé z vyobrazení na obr. 4. Každý z vnitřních a vnějších okruhů průtoku vzduchu je propojen s šedesátišesti průtokovými vrstvami pro celkem šestsetšedesát průtokových kanálů. Při konstrukci membrány pro difuzní přenos plynu jsou rozpěry, vytvářející vrstvy, pootáčeny o 180° pro střídavé vrstvy tak, jak je znázorněno na obr. 4, přičemž rozpěry ve vstupní a výstupní poloze leží příčně pod úhlem 90° za účelem vytvoření příčného průtokového uspořádání s přilehlými vrstvami, přičemž každá středová část poskytuje buď souproudé proudění nebo protiproudé proudění, což je předmětem volby. Při zkušebních testech bylo použito protiproudého proudění.

Na horní a spodní straně membránové soustavy byly průtokové prostory propojeny s membránou na jedné straně a na druhé straně se stěnou, nepřenášející plyn. Veškeré ostatní průtokové prostory byly propojeny s membránou pro přenos plynu na každé straně. Každá ze stojedenatřiceti aktivních membránových vrstev má celkovou plochu zhruba 157 cm² membrány, z nichž zhruba 42 cm² bylo blokováno prostřednictvím rozpěr, takže bylo ponecháno 115 cm² povrchové plochy pro přenos plynu na aktivní vrstvu membrány.

• 9 · · 9 9 9 9 · · • · · «··· · « » · • · · ·· · ···« ······· · · ·· · » · • « ·«· · · · « β·· · «φ ···· ·· ··

Celková aktivní membrána u membrány pro difuzní přenos plynu činila zhruba 1,5 m².

Za účelem ovládání a řízení průtoku vzduchu do membrány pro difuzní přenos plynu byly zkonstruovány dva systémy přetlakových otvorů z plátu plexiskla a z mosazných plechů. Každý mosazný plech byl opatřen šedesátičtyřmi otvory, přičemž každý otvor měl průměr 0,653 cm. Průměr otvorů byl zvolen tak, že průtok jedné krychlové stopy za minutu (28,32 lpm) bude mít za výsledek přetlakový tlak jednoho palce vodního sloupce nebo 249 Pa.

Celkový počet osmi uzavíracích ventilů, zkonstruovaných z plexiskla, potaženého vrstvou 0,5 mm pryže, byl uspořádán v každém systému přetlakových otvorů. Tyto ventily byly ovládány prostřednictvím tlačných a tažných tyčí 110, přičemž prvních šest ventilů může uzavřít nebo otevřít jeden, jeden, dva, čtyři, osm nebo šestnáct otvorů. Každý ze zbývajících dvou ovládá šestnáct otvorů. Tímto způsobem bylo možno řídit průtok vzduchu mezi jedním a 64 cfm (28,32 a 1812,5 lpm) v jakékoliv požadované úrovni cfm.

Shora uvedený kryt uzavírá cvičný stroj typu Schwinn Air-dyne Total Body Ergometer. Tento stroj umožňuje měřit na vstupu hmotnost těla a na výstupu kalorie subjektu za hodinu a vytvářený výkon ve wattech a v koňských silách.

Korelace mezi úrovní cvičení, spotřebou kyslíku a vyvíjením oxidu uhličitého je uvedena v publikaci „Principles of Exercise Testing and Interpretation, 1987, jejímž autorem je Karl Wasserman, která byla vydána vydavatelstvím Lea & Febiger, Philadelphia. Rychlost vyvíjení oxidu ·« ·· 99 9 9 9 9 * · · · · · * 9 · 9

9* · · · · · 9 • 999999 9 9 9 9 9 9 • · · · 9 9 9 9

999 9 99 9 99 9 9· 9 9 uhličitého příslušným subjektem byla rovněž zjišťována prostřednictvím cvičení na konstantní úrovni se žádným průtokem přes membránu pro difuzní přenos plynu, výsledkem čehož bylo stabilní zvyšování koncentrace oxidu uhličitého v krytu, z čehož je možno stanovit rychlost vyvíjení oxidu uhličitého.

Veškeré shora uváděné patenty a patentové přihlášky jsou zde uváděny ve formě odkazu. Předmět tohoto vynálezu byl popsán s ohledem na několik jeho příkladných provedení, zejména s ohledem na předměty, které mají povrchové znaky. Pro odborníka z dané oblasti techniky je zcela zřejmé, že u těchto provedení je možno vytvářet různé změny a modifikace, aniž by došlo k úniku z rozsahu ochrany předmětu tohoto vynálezu. Takže rozsah předmětu tohoto vynálezu není nikterak omezen pouze na popsané konstrukce, nýbrž je stanoven zněním následujících patentových nároků.

<1 4

Tabulka 1

	Souproudé proudění
Průto- ková rychlost (ofh)	Průto- ková rychlost (lpm)	Reynold- sovo číslo	% O2 v dusíku	ΔΡ dusíku (kPa)	ΔΡ vzduchu (kPa)	ΔΡ dusíku (v palcích vodního sloupce)	ΔΡ vzduchu (v palcích vodního sloupce)
5	2.36	328	4.62	0.02	0.02	0.08	0.07
10	4.72	656	3.27	0.03	0.04	0.14	0.15
15	7.08	984	2.58	0.07	0.06	0.27	0.24
20	9.44	1312	2.25	0.10	0.09	0.42	0.38
25	11.80	1640	1.98	0.16	0.14	0.64	0.57
30	14.16	1968	1.78	0.21	0.18	0.83	0.73
40	18.88	2624	1.52	0.37	0.37	1.50	1.50
50	23.60	3280	1.37	0.50	0.52	2.00	2.10
60	28.32	3936	1.26	0.65	0.60	2.60	2.40
70	33.04	4592	1.14	0.90	0.75	3.60	3.00
80	37.75	5248	1.03	1.12	0.90	4.50	3.60
90	42.47	5904	0.95	1.42	1.14	5.70	4.60
100	47.19	6560	0.89	1.87	1.44	7.50	5.80
110	51.91	7216	0.82	2.34	1.69	9.40	6.80
120	56.63	7872	0.79	2.51	1.99	10.10	8.00
130	61.35	8528	0.76	2.74	2.24	11.00	9.00
140	66.07	9184	0.73	3.23	2.61	13.00	10.50

OJ

Tabulka • · ·9 • 9 9 ·

9 * 9 9

9*9999 9

9 9 9 «9 99

9 9 9

9 9 9

9 9 9

9 9 9

Soudrž- nost

CN ^-4 Μ Ό

I 116.06 1

γί CA ΝΟ ΓΊ

118.24

I 58.05 1

οο ΓΊ 'Tř

I 66.35 I

1 65.97 I

I 44.71 1

227.40

ο γ** ΓΊ

335.74

Γ- Γ**

ί 84.79 I

446.51

324.62 I

i 225.42 1

i 131.13 I

I 75.33 I

93.07

| 99Ό9 1

29.47

ί 249.62 I

101.26 I

9-í vp VP

30.63

’φ Η

CM

Nt

ΝΓ>

09

ΟΟ

νη

ΝΟ

ΝΡ

Νθ

ο

ΓΟ

ΓΜ

ΝΡ

ΝΡ

m

«η

vp

Cv

NO

P

Γ-

Ař

O

S SI W <D 3.

ο

Ρ

»—«

ΜΊ

Γ-

Ον

ΓΜ

ΟΝ

γί

ΝΟ

Γ*

*0·

m

00

·—»

ΓΜ

CA

00

ro

O

Γ-

CO

r*

r-

ο

Ο

Ο*

Ο

γί ό

ΓΜ Ο

-Μζ Ο

Vp Ο

Ο •—4

Ο

Cv ΓΜ

ο ο

νπ Ο

CN Ο

ΓΜ Ο

-<γ ο

O

rr O

OO o

NP o

vn

CM O

vo o

O

ON CM

£ *

Ρ Ϊ e

©

σ

ΓΜ

νη

Γ*

VN

ΓΜ

Ο

rř

Ρ—»

ΝΠ

ο

00

ο

ON

ro

xř

NQ

»—4

ι/Ί

o

►-4

Γ*

νη

ΓΜ

ΝΟ

σ

•ν?

Ό

00

*η

·—t

γί

ΝΟ

ο

ο

ΝΡ

νη

CA

r-

CA

VO

CN

Cv

rr

CA

ricř

Ě á 3.

Ο

«—'

ΓΜ

ΓΜ

ΓΊ

ΓΜ

ΓΜ

γί

ΤΓ

ΓΜ

09

Ο

νη

—4

ΓΜ

Μ*

ΓΜ

vn

Cv

NO

ΤΓ

VP

oo

£

ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

ο

ο

Ο

ΓΜ

ο

ο

Ο

Ο

O

O

o

o

O

CP

o

O

CM

ΓΜ

e

09

ΝΡ

ΝΡ

ο

ΓΜ

ο

γ-

ΝΩ

ο

ο

ΓΜ

m

CA

»n

m

VN

NP

ΓΊ

ΓΝ

o

Γ·

m

0 Η B

ΝΡ

·-«

—<

»4

·*Γ

NQ

CA

Ά

γί

Γ-

Ο

C

ΓΊ

Ο

ΓΜ

00

Γ

CA

CM

Γ*

CA

oo

0 A 2. « Ρ — Λ

σ

ο

Ο

Ο

ο

ο

Ο

Ο

ο

ο

S

09

η

O

o

o

O

o

ť

O

o

<*i

>1 φ r-4 0 Μ 4>

20.0 |

ο 00 ΓΜ

327.50 |

55.0 |

© c<

ο 00

ο Γ-

Ο ΤΓ

Cv ρ—4

ο ο

ΓΜ

*Α γμ’ «τ* νη

18.1 |

νη 03

1 θ'^ι ί

55.5 |

| 51.5 1

r-

ι 4.20 I

00 00

Cv rh

CO

| 37.8 I

1 9.40

ΝΠ Γ'ί

O

di i

ΟΟ

Ο

Ο

ο

οο

ο

ττ

ΓΜ

νρ

ο

ΓΜ

Ο

ΝΡ

m

m

00

tř

Γ*

Np

NP

NP

CM

•Η Ν Ο V

ΓΜ

ΓΜ

ΤΓ

ο

ΤΓ

νη

ΓΜ

VN

Ο

ΓΜ

η

m

vp

ΓΜ

oo

00

r»

CN

vp

CN

ΓΊ

O

Tř

CM

χ) -Λ Λ ·π

00

Γ-

ΓΜ

ΝΡ

Ό

γ-

00

00

ΜΊ

ΝΡ

xř

ΝΡ

ΝΓ>

VN

NO

o

r*

r*

NP

vp

ΜΊ

Γ·

L-

Γ-

NO

& β, β 0

ο

Ο

Ο

ο

ο

ο

ο

σ

ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

Ο

O

o

o

o

O

O

O

O

O

O

O

Ρ <ΰ 0 Μ

ο

ο

ca

CA

CA

CA

σ\

ΟΝ

ΟΝ

χτ

νο

Γ*

Ο

Ο

ο

o

m

m

v>

oo

O

O

©

χτ

τ

ΓΜ

ΓΜ

ΓΜ

ΓΜ

ΓΜ

ΓΜ

η

*/Ί

Γ-

Ο

ΝΡ

ΝΡ

ΝΡ

NP

·—«

·

CN

·—*

co

•íř

Γ-

Γ-

Γ*

ρ S Ρ. § .

CA

ο

CA

CA

CN

ΟΝ

CA

Ον

Os

«—·

00

ΟΝ

CN

ΟΝ

CA

CA

vp

NO

V>

m

ΓΜ

O

Π

r-i

ro

Ρ Φ 0 >

ο

ο

σ

Ο

Ο

Ο

ο

Ο

Ο

*—

ο

ο

Ο

Ο

Ο

O

—·

^-1

•—4

« ο. ο, 2

Ρ σι

ΝΡ

γ*

ΝΡ

CA

νη

ΟΝ

γ-

Γ-

ΝΡ

ντ>

ο

Ο

Γ*

ττ

Cv

Γ*

Γ*

Γ*

CA

·—I

O

§ ς~ 4J 0>

ΝΡ

-cf

Ο

ΟΝ

γί

ο

ο

·—«

r*

Cs

m

m

r*

CN

o

00

Tř

m

NP

CM

ο

γί

ΓΜ

ΓΜ

·—>

ΓΜ

ΓΜ

NO

ο

ΓΜ

Γ*

CN

ΓΜ

vn

NP

NO

vn

00

r»

VA

Γζ

NO

vp

·—♦

1 ~

ο

ο

ό

Ο

ό

Ο

ο*

ο

Ο

Ο

Ο

ο’

Ο

O

O

o

o

o

O

o

©

©'

9^*

nj £ ο )01 6

09

ΓΜ

00 ο

Ο

ΤΓ CA

CV

γί CA

Ntf* ΓΜ

Γ- ΟΝ

νθ CA

ΓΜ ΓΊ

r· CA

Γ* CA

CN 09

Γ*· ο

09 O

o CA

CA 00

CA CA

o o

Γ- οο

NO Cv

n o

m

Cv 00

CM »—·

3 3 0 Η Η

Tt ·—ι

CA m

Γ-’ γί

00 γί

ΓΊ ΝΓ

V? ΓΜ

οο’ Ά

ΓΊ Ο

108

ό’ Γ-

ό ΓΜ ΓΜ

CA ΓΜ

ΝΡ ΝΠ

Γ* ΝΡ

195

275

oo’ 09

VN ΓΊ

135

Γ* ΓΜ

134

CM Cv

vH

Cv

vn m

CM 00

E 3. «η •rř o

ε

ε

E

c 5. <n

ε xt M

0 1.2

ek ID

Ο

Ο

Q

ε i

ε xt

=L CM O o

PL Ό xř

OO 1 μι

100 0.

© o vn rr

o’ o o oo

O CM 9—4 &

Μ

.

ΝΡ

η

ΟΝ

«η

CM

o

o

v.

u

u

0 ϊ>

03

><

Ο ο

ο

03

Ω d

ΟΝ

Γ- <γ

Ο Ο

105

107

107

108

o 2

O

Z

CN ti4

•<ř

H 2

& 3

s 3

Τ'

1 CA

σν

00

τ

09 »

ς*

Ο

Π

NO

ΓΜ

1 Ο

1 Ο

( ο

1 O

o

H

P

F

00

00

CP

>

CA

ΧΟ

Γ-

νρ

ΝΡ

Ο

γί

*“»

»»

Ό

·—»

c

C3

c

c

d

3

3

3

ΓΊ

Ο

r-«

ΓΜ

ΓΜ

γί

ο

ΓΜ

ΓΜ

η

£

u

Im

CQ

«

«

«

«

«

3

3

ΟΟ

ΟΟ

09

09

CA

*”·

·**

« ΓΓ

•hc υ

U

ο

4J

2

2

ε

ε

ε

ε

ε

3

ε

ε

2 m

2 ΓΊ

2 ΓΊ

2 γί

3Μ

2 γί

2 γί

2 γί

2 γί

2 m

2 m

Ο

ř

ί

ί

ř

δ

O) O U

Gel

<5

Gel

O U

o O

Gel

Gel

*3 O

*§ 0 Η Η

ΓΜ

η

Ό

00

Cv

ο

ΓΜ

ΓΊ

vp

r*

00

Cv

O

CM

m

•«ř

vo

NP

r—4

η

Γ*

*—*

CM

CM

CM

CM

CM

d

CM

>Μ >ϋ CU

1 >N Μ <P

V-J o

rř

m o

CA

r- 00

CA vo

00 n

V“l CA

cs vn

m CA

rs vn

so vn

m SO

řM 00

Soud nos

rs’ rs

m O

m Tř

CA cs

vn so

cs φ

oo m

rn cs

»—t r-

m

d v->

rs m

xř

d vn p—«

4)

oo

C\

m

rs

rf

cs

r-

CA

o

r-

so

rs

»—*

M

r*·

oo

•Φ

«Α

Vn

vn

cs

SO

so

»—♦

r*

g rs

cs

rs

P ’íí —* Sis M S 3

xr

sq o

fn O

r-# «—«

rs Ό*

Tř d

C*;

rs*

oo d

rs cs*

00

rn d

vn d

fi

~ ? cr

CA

VO

00

VO

ΓΊ

m

cs

cs

*e

o

CA

m

sU

o

CA

o

v

SO

CS

r—

m

Ό

so

m

m

so

vn

xr

CS

rr

SO

m

00

cs

r*

SO

Γη

so

rs

rn

£

m

o

O

o

o

o

o

o

d

Ή .ía -

o

m

CA

o

CA

Tř

rs

00 rs

rs

cs

CA

00

CA

Tj Η β

m

r-

vn

vo

vn

·—4

CS

CA

m

rs

so

•—4

·—·

cs

O

rs

rn —H

I-S £

vn

d

O*

rn

m

O

cs*

m

d

vn

m* ·—«

Γ-

d

o

d

d

o

rs

m

Λ ·

S φ —. H 0 S 8

st

vn

r-

vn

00

vn

vo

o

m

rs

CA

vo

o so

CA

o

CA

rř

vn o

d

00*

vo

o

d

vn

o

vn

rs

rS rs

tT

CA rs

vn

VO

-¼

O

d

o —

TT

vn

o

CA

rs

SO

r-

o

00

Xf

•^ř

«4φ

o

oo

O

vn

CA

•Φ

o

,r1 tl 0 <D

00

m

m

rs

rs

CS

sn

»—«

m

00

C-

rf

•—4

-φ

Γ-

00

SO

cs

o

•tj -d Λ -r>

r-

Γ-

r*

CA

CA

r-

co

00

vo

r-

SO

SO

SO

Γ-

O

o

o

—4

O

·—4

0 M '<i> Λ ft ft C 0

d

d

d

d

d

o

o

o

d

o

O

o

O

O

o

o

o

O

O

d

d

« 0 M

r*«

O

sO

vo

so

SO

vo

vn

vn

m

m

m

m

m

m

m

P Λ íi^T

vo

•^r

XT

vn

vn

Γ*

00

00

o

o

o

o

o

o

o

° 'Jí g. β

rs

at

•φ

vn

vn

vn

Γ-

r·

·—·

4—1

oo

00

rs

CS

rs

CS

rs

cs

cs

Ϊ Fd

_.?

_*

—m

rs

—>

^-4

cs

CS

o

d

1

·—·

4—4

4—4

4—4

•—4

4

a o o K ft ft S

P

01

r-

r—

O

00

o

c*

O

0-4

r-

CA

CA

rs

vn

CS

O

CA

-e

e

r*·

o

rs

rs

so

o

xř

rs

CA

vo

r-

*tr

o

CA

CA

xr

Ό

φ

vO

i) tn

oo

Γ-

m

rs

Cs

00

vn

vn

O

o

O

rs

m

vn

O

O

•—4

·—4

F

d

o

G

d

rs

o

o

o

cs

o

d

d

d

d

O

•o

O

d

ftí F 3 1 0 H E<

vo cv r-’ oo

m o vn rf

m CA vo o

CA CA F vn

rn O d tt rs

vo CA CA m

00 o oo’ Tf

o rn m

r* CA •sS· rs

vn O •e Tř

CA OS* 00 4

00 o rs m

00 CA rn CA

r- CA rS*

CA CA vn

CA d

CA OO vn

rs rS d

cS 00 d —M

o 00 CA

rs oo d

vn rs

E

E

*

*

*

*

*

*

*

:l

3.

m

E 3

E f

E 3.

vn

E 3.

: Q H

g m u &

vn ·* O o

vn ^ř O

vn o o o

tzt tA ca δ

E «u rs cs

E 3 m

E wk 00

d a fc-t a

vn a kx a

E 4 vo >e

E =L O X

E 3 *—» d

E zt rs d

vn ·—·

E 3 vn

E 3

E 3

ε

E

E 3

Φ

«η

c:

*2

ε

§

a

a

cn

Vi

o

O

rs

ZL

SL

rs

a

M 0 !>

:>

ě

JS £

<. j o

u LE H

a

o u·

E

3 Q a

5 E

§ a h~

§ E

U t3 E a

.y o kM o

ó O 3.

o O 3.

o O 3.

o O 3.

fS O 3,

n O 3.

o 3.

c o .3

c a E

c ca E

c

|

c ca E

a

•i

&

&

ž

.§·

3. O

tu Q

k-4 s Vi

5 Ul

u « ví

£Í V)

1-4 3 Vi

S ví

t-4 s VI

co 3

E 3

&

s

73 O

75 O

73 O

5

2

2

2

2

§

1

3

3

O O

O a

o o

O u

O O

O U

O O

p

*ΰ

ej o

Η H Λί OJ *d Ή >M KJ ft

£

00 rs

CA rs

o m

m

cs m

m rn

o

vn rn

so m

Γ- ΓΟ

00 m

CA m

o

·«< o

CS O

m O

3

vn O

a

D

oo CJ

9999 9 9 *· * · 9 » 9 9

9 9 9

9 9 9

99

Tabulka 3

Přiklad Číslo	Vzorek ID	Přenos (O2) jednovrstvou · membránou (% Oo zjištěno , v N2)	. Přenos C02 j ednovrstvou membránou (ppm CO2 zjištěno v N2>
1	3M 839-3B	7.11	1435
2	3M 1069-1X1	6.48	1335
3	3M KN-9400	3.33	587
4	3M 817-8	6.27	1269
5	3M 826-4	6.86	1420
6	3M 826-8	6.96	1460
7	3M 930-2C	6.93	1446
8	3M 1030-1B	6.77	1456
9	3M 1213-2D	6.83	1424
10	3M 1216-9	5.10	992
11	3M BMF-2.7	6.05	1181
12	Celeard 2400	4.20	1053
13	Tyvek 10-1056D	2.36	412
14	Tyvek 10-1073D	2.43	475
15	Tyvek 10-1079	0.91	207
16	Tyvek 10-1085D	1.46	250
17	Costar MF 0.1 pm	6.60	1340
18	Costar MF 0.2 pm	6.74	1377
19	Gelman GN-6 0.45 μιη	6.74	1405
20	Gelman TF 200 0.2 pm	6.11	1265
21	Gelman TF 450 0.45 pm	6.15	1233
22	Gelman TF 1000 1 μπι	6.28	1278
23	Gelman Supor 100 0.1 μπι	6.39	1330
24	Gelman Supor 450 0.45 μπι	6.72	1361
25	Gelman Supor 800 0.8 pm	6.77	1362
26	Gelman Versapor 1200 1.2 pm	6.27	1219
27	Gelman Verspor 3000 3 pm	6.61	1297
28	Gelman HT-450 0.45 pm	6.57	1329
29	Gelman Nylaflo 0.45 pm	6.40	1267
30	Gelman GLA-5000 5 pm	5.72	vyhovující vzorek
31	Gelman Thick Glass	4.90	934
32	Millipore MF 0.22 pm	6.61	1317
33	Millipore MF 3 pm	6.86	1368
34	Millipore MF 8 pm	6.85	1363
35	Millipore Durapore 0.45 pm	6.53	1295
36	Millipore Durapore 5 pm	5.69	1121
37	Millipore Mitex 5 pm	3.75	724

• ·

4 44

44 • 4 4 · • 4 4

4·4 4

4 4 4

44 4444

44

4 4 4

4 4 *

4 4 4

4 4 4

44

38	Millipore Mitex 10 μπι	5.57	1060
39	Akzo Poretics 0.1 μπι	6.56	1321
40	Akzo Poretics 0.2 μπι	6.44	1281
Cl	CostarPC 0.015 μπι	1.77	•285
C2	Costar PC 0.05 μπι	6.63	1288
C3	Costar PC 0.1 μπι	6.77	1447
C4	Costar PC 0.2 μπι	6.91	1446
C5	Costar PC 2 μπι	6.71	1383
C6	Costar PC 3 μπι	6.95	1442
C7	Costar PC 12 μπι	6.91	1419
C8	Thin Silicone	0.01	0

*· *· ·· ·· ·· • · · · * · · ·*·· • · 9 9 9 · · · 9 ·

999999 9 9 99 99 9

9 9 9 9 9 9 9 9

999 9 99 9999 99 99

Tabulka

'1) H >1 >, >0 0 ss <3 N ,g H 3 M <3 § I Έ g ·Η H 4) H g ť P g O μ p p Pm

1 8ΌΙ

1 3.2 |

1_LZ_1

8.9

xř d cn

Tloušťka > jednovrstvé . membrány z tabulky 2 (μια)

OO cn

43.9 |

0 s

14.8

30.0

Účinná difuzní tloušťka membrány (pm) ------ /

410.4 )

163.3 |

| 135.7 1

132.0

1089.8

Celková účinná přenosová tloušťka (cín)

0.2175 |

xr Ό cs d

0.3539 1

0.5181 1

0.189 |

0.2077 j

0.2421 |

xř r* 0 rn d

0.195 |

0.221 |

00 xr vn CN O

0.3091 i

| 0.1837

| 0.2155

s 0 CS d

0.3132

0.2781

xř O CA m d

1 0.6199

1.0558

01 o 2 β β N fi * 0 O H (i

0.317 |

o cs ó

UG O CS CS o

0.1615 |

0.349 |

0.3275 |

xř CA CS d

0 xř es d

0.3415 |

0.3135 |

I 0.283 1

[ 0.245 |

| 0.3555 ]

1 0.319

OO cs d

cs d

0.2615

j 0.2015

1 0.1385

980Ό

Koncentr. gradient

0.1457 |

0.154 1

0.1649 í

0.1768 1

0.1394 .1

r- m Xf 0

0.1504 |

0.1598 1

0 v 0

xr Ό v d

| 0.1524 ]

1 9l‘° 1

| 0.138 |

1 0.1453

cn en d

0.1605

0.1537

| 0.1688

1 0.1814

0.1919

Koncentrace Cb na výstupu (dolní komora)

0.0634 |

0.0552 1

•—4 v 5 d

0.0323 1

0.0698 |

0.0655 1

0.0588 |

[ 0.0492 1

| 0.0683 |

r*· es 8 d

P 0.0566 i

| 0.049 1

| 0.0711

1 0.0638

1 · 0.0557

0.0485

cn CS υη 0 d

1 0.0403

1 0.0277

0.0172

Koncentrace O2,. na výstupu (horní komora)

0.1458 |

0.1542 1

CA xr Ό •—4 d

0.1769 |

0.1396 |

0.1439 1

0.1506 |

0.1598 |

0.1407 |

vn Ό xr d

( 0.1523 |

\O d

| 0.138

m V) xr d

1 Q.1532

0.1605

0.1506

OO 00 \O d

1 0.1815

0.1919

Počet vrstev

^4

cs

xr

00

^-4

cS

xr

00

^—4

es

xř

00

-

cs

xř

OO

-

<s

Xj

OO

Membrána I.D.

1 8-ΔΙ8 ne|

(Příklad 4) 1

V Ό CS 00 s en

3? 3 ro X »r| cu

3M 1213-2D (Přiklad 9)

« -o fp 8 ά -· rí ·* M 5i S s. m

Celgard 2400 (Přiklad 12)

• · ft··· • · · 1 • · · <

• · · <

ft· ftft

32.0

1.8 I

1 2.7 1

! 1250.5 |

1 51.0 |

34.6

CA

O

o

c^ o

co co

25.

0*9

6.0

CA LO

·>—·

v

CA

co

CA

\o

O

5515

334.

»—· xf CO

[ 7502

| 305.

3 CS

\o

00

CA

oo

xr

r-

O

Xf

CA

Xf

CA

LO

xf

CA

.506 |

CA

CO

c-

CA CO

co

cs

co

oo

CA

Γ-

co

co

1

lo

00

lo

oo

xf

ro

8

3

co

o

o

o

CA

o

in

r-

t—

o

xř

«—1

o

Xf

·—4

LO

cs

o

Xf

·—»

CA

•^-4

o

xf

co

C

CA

CS

CS

co

cs

cs

co

Xf

o

CO

lo

cs

cs

co

—*

CS

cs

co

O*

oi

•v

o

o

δ

δ

δ

o

O

O

co

LO

O

o

O

o

o

o

o

o

lo

00

lo xr

LO CA

lo

vo CS

lo co

r?

lo Lf>

vo o

lo CA

00

lo CO

cs lo

vo C

lo

lo

LO LO

LO O

LO LO

r-

LO

vo 00

LO LO

co

g

CO

co

CA

Xf

co

cs

CA

co

•—4

oo

cs

co

CA

XT

oo

co

co

CS

O

O

co

CS

cs

co

cs

CS

o

o

co

cs

cs

cs

cs

ó

δ

Ó

ó

δ

δ

δ

O

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

o

ó

δ

δ

o

o

LO

xT

oo

lo

3

co

00

co

Xf

00

r-

cs

CA

l l

LO

CA

cs

Ό

CS

vo

CS

«η

CS

o

CS

co

vo

«—4

«—4

00

co

g

CS

o

CS

CA

LO

co

CO

OO

CA

O

o

Xf

lo

lo

r-

Xf

O

CA

CA

o

Xf

LO

r-

CO

xf

LO

«—»

·—«

cs

CS

*—·

·—·

·—’

«—·

cs

cs

·—

w·

•—4

·*·

»-l

**·*

o

O

δ

o

δ

δ

δ

δ

δ

δ

o

o

δ

δ

δ

δ

O

δ

δ

O

O

O

O

o

CO LO

\o co

CA

CA co

co o

lo oo

Γ- ΟΟ

Ό LO

to LO

co

CA r-

\o co p

r-

s

lo lo

co 8

co vo

CA

00

Xf CA

co g

C L0

co LO

CS O

o

§

g

g

05

s

CO O

90

L0 O

s

o

o

δ

90'

LO O

s

.03

g

L0 O

Xf p

O

o

δ

δ

δ

δ

o

δ

O

δ

δ

δ

δ

o

δ

δ

O

O

o

O

o

o

P

δ

?5 oo

1953 I

.202 !

»—1 vo o CS

1428

1504 |

1604 1

1722 1

1438 1

vo ·—»

1611 j

CO r-

1915

.199 |

2038 1

Xf g cs

.143

1502 !

\o

cs cs

1395

00 LO Xf •—4

co L0 r-1

.1635

o

O

O

δ

o

δ

δ

δ

δ

δ

O

δ

δ

O

δ

δ

O

O

δ

δ

O

δ

δ

O

-

CS

xf

oo

»-4

CS

Xf

00

-

cs

Xf

oo

-

cs

Xf

00

-

cs

xf

00

-

cs

xf

00

lo

lo

o

--

E

ίο

o

o

_

·—4

o m O

«Η

u a st v*

r· N

e Durapo

O g «0 H Λί

ostar 0.

Ή U <d 4i c

rS u g

ostar 0.

»r| .8 g

cs u g

O k. a (0 O

Ή O 4 £

r? υ g

O

•g

>

p

g

Ή ’Β

U

Λί Ή

U

> 0

x Ή

u

rH X

δ

H

CM

«

M

M

¢4

Ή

*u ř

Ή >M 0<

X »d >B CM

lo xf

c Έ o

cn

ft

omin

to

α

c Έ o

co

ft

<5

co

S

δ

u

U

u

• 4 • 4 · 4 4 4 · 4 4

4 4 4 ·

4 »4 44·4

4·

4 4 4

4 4 4

4 4 4

4 4 4

44

Tabulka

! Počet částic proti proudu í#/cu.cm)

570.000 |

| 000*006

240,000 I

o 00 <n

j 000*006

250,000 I

180,000 )

480,000 |

115,000 1

140,000 1

900,000 1

o o OM o o CY

900,000

000*006

140,000

340,000

435,000

000*001

fí ‘>1 H 4J — '2 Ή <C g iN iC •rf 3 Η Λ! X 0 p — <C 3* X

oo xř xr cy

OO •cř cy

00 XT xr cy

| 344.8 1

©O xr xr m

| 344.8 1

OO xř xř CY

OO xř xř CY

oo xř xr CY

I 344.8 1

I 344.8 1

00 xř xř CY

344.8

co xř xr CY

344.8

331.0

co xr xř CY

344.8

Maximální použitý tlak (psi)

o VY

o VY

o vy

O VY

o VY

! 50

í_50;

O VY

o VY

O VY

O νγ

OS I

50 1 1

ί 50

50 1

oo xr

50

50 1

Průnik kouřových částic

no* |

O C

no |

o c

no |

o c

O c

| ou

o c

| ou i

1 011

o £

1 no i í_

no

o

ou

no

no

Počet částic proti proudu (#/cu.cm)

50,000 |

O o o cy

O o G νγ’ xř

o o o 00* xř

30,000 |

30.000 1

o o O 00* xr

18,000 1

o o cs o*

[ 50.000 1

| 50,000 1

| 45,000 i

65,000

17,000

80,000

40,000

30,000

50,000

'c ·>, Η P — -Η Λ! «5 6 »N Cu •rl 3 rf ,« X 0 P ~ ž

00 xř rr CY

00 rř xř rr

CC rf xr cy

00 Xř xř cy

00 xř xr ΓΊ

00 xr xr cy

00 xr xř m

331.0 |

310.3 |

00 xř xř CY

co xř xř CY

00 xř xr CY

310.3 _

344.8 |

OO xř xř CY

331.0

CC xř xr CY

344.8

β ·>, H JJ ~ •S -Η Λ! ·Η E in io n •r) 3 H o, X 0 u — (0 O &

O νγ

O vy

o vy

o VY

O VY

O νγ

50|

00 xr

1 J

50_I

o VY

1 50 1

45

50 |

50

00 xř

50

50

Průnik pokoj ových částic

o c

O C

| ou

o

O c

O c

O c

o c

o c

O c

o

1 ins.flow 1

o c

O c

no

no '

ou

O

no

Vzorek membrány I.D.

3M 839-3B |

8 1 CA VO O s cy

3M KN-9400 |

3M 817-8 |

Ύ \o CN 00 s cy

00 « O CN 00 s cy

3M 930-2C |

3M 1030-1B |

3M I213-2D |

OY « YO rJ s CY

[ CELGARD 2400 |

| TYVEK 10-1079 |

| COSTAR MF 0.1 um |

GELMAN GN-6 0.45 um

GELMAN TF 200 0.2 um

GELMAN TF 450 ! 0.45 um

GELMAN TF-1000 1.0 um

GELMAN SUPOR 100 0.1 um

GELMAN SUPOR 450 0.45 um

Příklad Číslo

-

ÍN

cy

Xř

vy

r-

00

CY

1 θΐ 1

CN

VY

CY

20 J

w-4 <s

22

23

Xt CN

44 44 44 • 4 4444 4444 • 4 4 44 · 4 4 4 4 « 4444 44 · 4 44 44 4

4 444 4444

4 44 4444 44 44

Počet částic proti proudu (#/cu. cm).		250,000	200,000	390,000	670,000	250,000		I	ef xp Ό
H U — ‘2 -H A4 IU B >N ftf 04 •H 2 Η A4 X 0 +J ~ <c α X		OO xf xtf* ΓΊ	344.8	344.8	344.8	OO xp xp cn		| 344.8 |	00 xp* xp ΓΊ
1 Maximální použitý tlak (psi)		50 1 1 1	50	O	50	50		f 50 j	O ví
Průnik kouřových j částic		no	no	no _	no	no		O c	o
Γ t~~ Počet částic proti proudu (#/cu.cm)	15,000	O o C3 v?	000*09	45,000	30,000	40,000		| 24,000 1	o o O- vT Ά	1 45,000 ]	| 20,000 i
j Maximální použitý tlak (kPa)	69.0	oo •e TT m	344.8	344.8	344.8	00 'tf Xř		00 rr T	CO xp Tp m	xp m	o CA \O
1 Maximální použitý tlak (psi) -- _	O	o	50	50	50	50		!K 1	«5_1	νΊ	o *-·
Průnik pokojových částic	yes	no	no	no	no	no	* o C 2	1 no	O c	_	VI o ►>
Vzorek membrány I.D.	GELMAN SUPOR 800 0.8 um	GELMAN HT-450 0.45 um	Ό Xf O £ □ 1? ω > O z	MILLIPORE DURAPORE 0.45 um	AKZO PORETICS 0.1 um	AKZO PORETICS 0.2 um	COSTAR PC 0.015 I um	(COSTAR PC 0.05 um	| COSTAR PC 0.10 um	(COSTAR PC 0.20 um	E £3 íN O c/3 8
Ό <0 0 A4 <n »H Ή KJ Λ	25	28	29	cn		40	O	cn U	U	xp u	00

• 4

4· · « ·· • 4 4 · • · 4

4 4 4 • 4 4 4 • 44 4444

4· 44

4 4 4

4 4 4

4 4 · 4

4 4 4

44

Tabulka 6

Příklad číslo	Vzorek membrány I.D.	Tlak zlomu (kPa)
1	3M 839-3B	55.20
2	3M 1069-1X1	151.7
3	3MKN-9400	186.2
4	3M 817-8	358.6
5	3M 826-4	234.5
6	3M 826-8	144.8
7	3M 930-2C	89.6
8	3M 1030-1B	124.1
9	3M 1213-2D	55.2
10	3M 1216-9	620.6
12	CELGARD 2400	379.2
15	TYVEK 10-1079	žádný zlom
17	COSTAR MF 0.1 um	110.3
18	COSTAR MF 0.2 um	82.8
19	GELMAN GN-6 0.45 um	220.7
20	GELMAN TF 200 0.2 um	213.8
21	GELMAN TF 450 0.45 um	206.9
22	GELMAN TT 1000 1.0 um	193.1
23	GELMAN SUPOR 100 0.1 um	248.3
24	GELMAN SUPOR 450 0.45 um	75.9
25	GELMAN SUPOR 800 0.8 um	241.4
28	GELMAN HT-450 0.45 um	289.6
29	GELMAN NYLAFLOW 0.45 um	310.3
32	MÚLLIPORE MF 0.22 um	137.9
35	MILLIPORE DURAPORE 0.45 um	193.1
39	AKZO PORETICS 0.1 um	103.4
40	AKZO PORETICS 0.2 um	103.4
Cl	COSTAR PC 0.015 um	324.1
C2	COSTAR PC 0.05 um	117.2

Claims (28)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém pro difuzní přenos plynu vyznačující se tím, že obsahuje:

   membránu, uspořádanou mezi první plynovou oblasti a druhou plynovou oblastí, první plynová oblast obsahuje první mechanizmus, který je schopen nasměrovat první proud okolního plynu příčně přes a ve styku s prvním povrchem membrány, druhá plynová oblast obsahuje druhý mechanizmus, který je schopen nasměrovat druhý proud okolního plynu příčně přes a ve styku s druhým povrchem membrány, membrána obsahuje médium pro difuzní přenos plynu, obsahující větší počet klikatých cest, rozprostírajících se od prvního povrchu membrány ke druhému povrchu membrány tak, že frakce prázdného objemu membrány činí alespoň 0,2, membrána je schopna blokovat přenos v podstatě všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí, přičemž umožňuje difúzi plynů mezi první a druhou plynovou oblastí.
2. 2. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 vyznačující se tím, že plyny obsahují dýchatelné plyny.
3. 3. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 2 vyznačující se tím, že membrána je schopna blokovat přenos v podstatě všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí.
4. 4. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že membrána je schopna • · blokovat přenos všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí.
5. 5. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 4 vyznačující se tím, že membrána obsahuje polymerní membránu.
6. 6. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že membrána obsahuje vláknitou mikropórézní polymerní membránu.
7. 7. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že membrána obsahuje zrnitou mikropórézní polymerní membránu.
8. 8. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že membrána obsahuje velké množství nahodile rozptýlených termoplastických částic nepravidelného tvaru, přičemž část těchto termoplastických částic je od sebe vzájemně vzdálena pro vytvoření sítě cest mezi nimi, a přičemž část vzdálených termoplastických částic je spolu vzájemně spojena prostřednictvím vláken.
9. 9. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 8 vyznačující se tím, že první a druhý mechanizmus pro usměrňování okolních plynů obsahuje každý přetlakový prostor.
10. 10. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 9 vyznačující se tím, že frakce prázdného objemu membrány obsahuje alespoň 0,50.

    • · · · ·· · · ··· · · · · ··· • · · ·· · · · · • ···· ·· φ · · · · · • · ··· · · · «·· · · · ···· · ·

    100
11. 11. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 10 vyznačující se tím, že frakce prázdného objemu membrány obsahuje alespoň 0,70.
12. 12. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 11 vyznačující se tím, že klikaté cesty vymezují maximální velikost pórů, přičemž je membrána schopna blokovat přenos částic, menších než je maximální velikost pórů.
13. 13. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 12 vyznačující se tím, že klikaté cesty mají maximální velikost pórů zhruba 3 až 5 gm.
14. 14. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 13 vyznačující se tím, že klikaté cesty mají maximální velikost pórů zhruba 0,05 až 2,0 gm.
15. 15. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 14 vyznačující se tím, že membrána obsahuje podepřenou překážku, která podstatně blokuje přenos částic, pokud je vystavena tlakovému rozdílu přes membránu, který je větší, než tlak pevnosti v lomu membrány.
16. 16. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 15 vyznačující se tím, že membrána obsahuje překážku, která podstatně blokuje přenos částic, pokud je vystavena tlakovému rozdílu přes membránu, který je přibližně roven tlaku pevnosti v lomu membrány.
17. 17. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 16 vyznačující se tím, že membrána vytváří

    101 překážku, která podstatně blokuje přenos částic, pokud je vystavena tlakovému rozdílu přes membránu, jehož velikost je 50 kPa nebo větší.
18. 18. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 17 vyznačující se tím, že membrána je schopna udržovat rychlost přenosu plynu, sníženou nejvýše o 2 % při testování v souladu se zkušebním testem přenosové rychlosti částic v plynu.
19. 19. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 18 vyznačující se tím, že poměr difuzního koeficientu zvoleného plynu při zvolené teplotě a tlaku v klidném vzduchu pro efektivní difuzní koeficient stejného plynu při stejné teplotě a tlaku uvnitř prázdných klikatých cest membrány je 1,03 až 500.
20. 20. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 19 vyznačující se tím, že část prvního proudu okolního plynu má orientaci kolmou na druhý proud okolního plynu.
21. 21. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 20 vyznačující se tím, že část prvního proudu okolního plynu má orientaci rovnoběžnou s druhým proudem okolního plynu.
22. 22. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 20 vyznačující se tím, že část prvního proudu okolního plynu má orientaci šikmo skloněnou vůči druhému proudu okolního plynu.

    • · * · ♦ » » » » · · · ·

    102
23. 23. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 22 vyznačující se tím, že alespoň jeden z proudů okolního plynu má laminární proudění vzhledem k médiu difuzního přenosu plynu.
24. 24. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 23 vyznačující se tím, že alespoň jeden z proudů okolního plynu má turbulentní proudění vzhledem k médiu difuzního přenosu plynu.
25. 25. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 1 až 24 vyznačující se tím, že první plynová oblast obsahuje vzduch vně uzavřeného prostoru, přičemž druhá plynová oblast obsahuje vzduch uvnitř uzavřeného prostoru.

    26. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 25 vyznačuj ící se tím, že druhá plynová oblast obsahuje čistou místnost. 27. Systém pro difuzní přenos plynu podle nároku 25 vyznačuj ící se tím, že druhá plynová oblast obsahuje osobní dýchací přístroj. 28. Systém pro difuzní přenos plynů podle nároku 25 vyznačuj ící se tím, že druhá plynová oblast představuje vnitřek budovy. 29. Systém pro difuzní přenos plynu vyznačuj ící se tím, že obsahuje membránu,

    uspořádanou mezi první plynovou oblastí a druhou plynovou oblastí, první plynová oblast obsahuje první mechanizmus, který je schopen nasměrovat první proud okolního plynu příčně • · · · ·· · · ·· • · · · · * · ···· • · · ·· · ···· ······· · · · · · · · • · ··· ···· ··· · ·· ···· «· ··

    103 přes a ve styku s prvním povrchem membrány, druhá plynová oblast obsahuje druhý mechanizmus, který je schopen nasměrovat druhý proud okolního plynu příčně přes a ve styku s druhým povrchem membrány, přičemž je membrána konstruována tak, aby byla schopna udržovat rychlost přenosu plynu, sníženou nejvíce o 2 % při provádění zkušebního testu přenosové rychlosti částic v plynu.
26. 30. Systém pro zpracování vzduchu vyznačující se tím, že obsahuje:

    (a) první cestu průtoku plynu, která vede od vstupu k výstupu, tato první cesta průtoku plynu má horní část a spodní část a umožňuje, aby proud plynu procházel od vstupu k výstupu, (b) druhou cestu průtoku plynu, kterou může proudit druhý proud plynu, (c) membránu, která má první a druhou stranu, a která je umístěna mezi první a druhou cestou průtoku plynné tekutiny, přičemž je membrána schopna blokovat přenos částic mezi první a druhou průtokovou cestou, zatímco umožňuje difúzi plynů z prvního plynného proudu do druhého plynného proudu a/nebo naopak, a přičemž membrána v podstatě odděluje horní část první cesty průtoku plynu od její spodní části, a (d) pro plyn nepropustnou oblast přenosu tepla, která umožňuje přenášení tepelné energie ze spodní části prvního plynného proudu do jeho horní části a/nebo naopak.

    • 4 4 · ·· 4 4 4 4 • · · ···· · · · · ··· · 4 V · · 4 · • ···· 44 4 4 44 44 4

    4 · 444 4444

    444 4 44 4444 44 44

    104
27. 31. Systém pro zpracování vzduchu podle nároku 30 vyznačující se tím, že první plynný proud obsahuje vzduch vně uzavřeného prostoru, přičemž druhý plynný proud obsahuje vzduch uvnitř uzavřeného prostoru.
28. 32. Způsob využívání systému pro difuzní přenos plynu vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

    blokování přenosu v podstatě všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí při umožňování difúze plynů mezi první a druhou plynovou oblastí, přičemž první plynová oblast obsahuje první mechanizmus, který nasměrovává první proud okolního plynu příčně přes a ve styku s prvním povrchem membrány, druhá plynová oblast obsahuje druhý mechanizmus, který nasměrovává druhý proud okolního plynu příčně přes a ve styku s druhým povrchem membrány, membrána obsahuje médium pro difuzní přenos plynu, obsahující větší počet klikatých cest, rozprostírajících se od prvního povrchu membrány ke druhému povrchu membrány tak, že frakce prázdného objemu membrány činí alespoň 0,2.

    33. Způsob vyznačuj í dýchatelné plyny. podle nároku 32 zahrnují c í s e tím, že plyny 34. Způsob podle nároků 32 až 33 vyznačuj í c í s e tím, že krok blokování obsahuje blokování přenosu . v podstatě všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí.

    105

    35. Způsob podle nároků 32 až 34 vyznačující se t í m , že krok blokování obsahuje blokování přenosu všech částic mezi první a druhou plynovou oblastí. 36. Způsob podle nároků 32 až 35 vyznačující se t í m , že membránou je vláknitá mikropórézní polymerní membrána. 37. Způsob podle nároků 32 až 35 vyznačující se t í m , že membránou je zrnitá mikropórézní polymerní membrána • 38. Způsob podle nároků 32 až 35

    vyznačující se tím, že krok má velký počet nahodile rozptýlených termoplastických částic nepravidelného tvaru, přičemž část těchto termoplastických částic je od sebe vzájemně vzdálena za účelem vytvoření sítě cest mezi nimi, a přičemž část vzdálených termoplastických částic je spolu vzájemně spojena prostřednictvím vláken.

    39. Způsob podle nároků 32 až 38 vyznačující se tím, že krok nasměrování prvního a druhého proudu okolního plynu obsahuje nasměrování

    prvního a druhého prostor. proudu okolního plynu přes přetlakový 40. Způsob podle nároků 32 až 39 vyznačuj íc í se tím, že membrána má frakci

    prázdného objemu, představující alespoň 0,50.

    106 > · · ( » · · 4 • · »·

    41. Způsob podle nároků 32 až 39 vyznačuj íc í se t í m , že membrána má frakci prázdného objemu, představující alespoň 0,70 . 42. Způsob podle nároků 32 až 41 vyznačuj íc í se t í m , že klikaté cesty vymezují maximální velikost pórů, přičemž způsob dále

    obsahuje krok blokování přenosu částic, menších než maximální velikost pórů.

    43. Způsob podle nároků 32 až 42 vyznačující se tím, že klikaté cesty obsahují maximální velikost pórů zhruba 3 až 5 gm.

    44. Způsob podle nároků vyznačující se tím, že obsahují maximální velikost pórů zhruba 0

    32 až klikaté

    05 až 2,0 μιη cesty

    45. Způsob podle nároků 32 až n a č u j ící se tím, že dále obsahuje

    podepírání membrány, a podstatné blokování přenosu částic, pokud tlakový rozdíl přes membránu představuje tlak, který má zhruba velikost tlaku pevnosti v lomu membrány nebo větší.

    46. Způsob podle nároků 32 až 45 vyznačující se tím, že dále obsahuje podstatné blokování přenosu částic, pokud je membrána vystavena tlakovému rozdílu přes membránu o velikosti 300 kPa nebo větší.

    107

    47. Způsob podle nároků vyznačující se tím,

    32 až 46 že membrána je schopna udržovat rychlost přenosu plynu, sníženou nejvýše o 2 % při provádění zkušebního testu plynu.

    přenosové rychlosti částic v

    48. Způsob podle vyznačující se až 47 difuzního a tlaku v nároků 32 tím, že poměr koeficientu zvoleného plynu při zvolené teplotě klidném vzduchu při difuzním koeficientu stejného plynu při stejné teplotě a tlaku uvnitř prázdných klikatých cest membrány činí 1,03 až 500.

    49. Způsob podle nároků 32 až 48 vyznačuj íc í se t í m , že obsahuje krok udržování alespoň j ednoho z proudů okolního plynu v turbulentním proudění vzhledem k médiu pro difuzní přenos

    plynu.

    50. Způsob podle nároků 32 až 49 vyznačující se tím, že obsahuje krok udržování části prvního proudu okolního plynu ve směru kolmém na druhý proud okolního plynu.

    51. Způsob podle nároků 32 až 49 vyznačující se tím, že obsahuje krok udržování části prvního proudu okolního plynu ve směru rovnoběžném s druhým proudem okolního plynu.

    52. Způsob podle nároků 32 až 49 vyznačující se tím, že obsahuje krok ·« ·· ··

    108 • * 4 · · 9 ·

    9 9 9 9 9 9

    9 9 99 9 9 99 udržování části prvního proudu okolního plynu ve směru šikmo skloněném vůči druhému proudu okolního plynu.

    53. Způsob podle nároků 32 až 52 vyznačující se tím, že obsahuje udržování alespoň jednoho z proudů okolního plynu v lamínárním proudění vůči médiu pro difuzní přenos plynu.