DE3790537C2 - Fluidtrocknungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidtrocknungsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Das Trocknen erfolgt mittels einer flexiblen Membran und insbesondere verstärkten Membranröhren, die ohne Beeinträchtigung durch eine Wasserkondensation in dem Rohr sowie dadurch verursachten Problemen arbeiten. Das Rohr ist aus solchen Materialien aufgebaut, daß die Feuchtig­ keit und Temperatur des das Rohr durchsetzenden Gases ange­ glichen sind an diejenigen der das Rohr umgebenden Umgebungs­ luft. Derartige Rohre oder Röhren bestehen aus Materialien, die mechanisch geschützt sind durch eine Verstärkung oder Bewehrung, wie etwa die Anordnung des Rohrs innerhalb eines Kunststoff-Monofilamentes oder eines Metalldraht-Flechtnetz­ werks.

Das Rohr besteht aus extrudierbaren Kunststoffmaterialien, die es Wasserdampf erlauben, durch die Wände des Rohrs zu diffundieren, während die Fähigkeit von Gasen in der Probe an einer derartigen Diffusion gehindert ist. Der Wasserdampf diffundiert durch die Wände des Rohrs von dem Bereich höherer Konzentration zu demjenigen eines niedrigeren Konzentrations­ pegels. In der Praxis, wenn von hochfeuchtem Gas Proben ge­ nommen werden, diffundiert der Wasserdampf in der Probe durch die Rohrwand hinaus in die relativ trockene Umgebungsluft.

Dadurch wird die Bildung von Kondensation in dem Probenrohr verhindert, und die Probleme, die bei einer derartigen Kon­ densation auftauchen, werden ausgeschlossen.

Die Rohre finden Anwendung auf medizinischem Bereich bei der Überwachung auf Atemstillstand sowie auf industriellem Gebiet beim Prozeßtrocknen. Die Rohre werden auch eingesetzt bei der Emissionsprobennahme, bei der Schadstoffmessung sowie -steue­ rung sowie bei der Prozeß-Dehydration von Fluiden.

Aus dem US-Patent 4 509 359 (Gedeon et al) ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen eines ein- oder ausgeatme­ ten Gases bei der Patientenüberwachung bekannt. Es wird ein Gasprobennahmerohr verwendet, das ein dünnes Rohr aus einem Fluorsulfonylpolymer umfaßt, dessen Außenfläche in freiem Kontakt mit der Umgebungsluft steht. Die Temperatur und Feuchtigkeit des Atemgases wird in Übereinstimmung gebracht mit der Temperatur und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft. Über das in diesem Patent beschriebene Rohr ist ausgesagt, daß es über einen Teil seiner Länge einen Materialabschnitt einschließt, der ausgeprägte selektive und reversible Wasser­ absorptionseigenschaften aufweist, wobei die Außenfläche dieses Abschnitts in freiem Kontakt mit der Umgebungsluft steht.

Das auf die Erfinder vorliegender Erfindung zurückgehende und von diesen miterfundene US-Patent 3 735 558 offenbart die Verwendung von Perfluor-Schwefelsäure-Polymer-Hohlrohre zum Abscheiden und Trocknen von Fluiden und Gasen, und die US 3,563,889 offenbart eine Fluidtrocknungsvorrichtung mit einer Rohrleitung aus einer semipermeablen Membran, die mit einem Geflecht aus einem zweiten Material bedeckt ist.

Das Trocknungs- und Diffusionsvermögen gewisser Materialien ist teilweise seit langem bekannt. Die vorliegende Erfindung verwendet derartige Materialien, schließt jedoch das per­ meable bzw. durchlässige Rohr in ein Geflecht aus dicht ge­ wickeltem Material ein, wie beispielsweise einem natürlichen oder künstlichen Monofilament oder einem Metalldraht, das bzw. der über der Diffusionsrohrleitung angeordnet ist. Die Rohrleitung besteht vorzugsweise aus einem Sulfonat, wie dasjenige, das aus dem vorerwähnten Patent 3 735 558 bekannt ist. Ebenso verwendbar als extrudierbare Ionentauscher-Rohr­ leitung sind beispielsweise die Kationen- und Anionenpolymere von Polyäthylen sowie andere Hydrocarbonate mit niedrigem Molekulargewicht. Das Geflecht bietet verschiedene Vorteile wie folgt: Mechanischen Schutz der dünnwandigen Rohrmembran, indem eine Berührung derselben durch ein externes Material oder durch die Bedienperson verhindert wird; mechanische Widerstandsfähigkeit, welche es erlaubt, die Rohrleitung in normaler Weise zu handhaben wie eine herkömmliche Rohrlei­ tung, ohne die Notwendigkeit spezieller Maßnahmen oder einer speziellen Handhabung mit dem Ziel, das Strecken oder Dehnen der Rohrleitung zu verhindern; zudem kann die Rohrleitung gebogen werden, ohne daß Knickstellen, Quetschstellen oder ein Verdichtungswiderstand auftritt. Das Vorstehende ist realisierbar durch die Verwendung einer Rohrleitung mit noch dünneren Wänden als bei einer unbeflochtenen Rohrleitung. Die dünneren Wände ermöglichen erhöhte Transportraten von Wasser durch die Membran.

Bei gewissen hier diskutierten Anwendungen einer derartigen Rohrleitung wird die mechanische Integrität der Rohrleitung verbessert, wenn der Abschnitt der umflochtenen Rohrleitung in ein Bett aus anderen Materialien eingebettet wird. Die Verwendung von Metall als Flechtmaterial bietet einen ver­ besserten Wärme- und Kältetransfer für die Rohrleitungswände sowie eine verbesserte Temperatursteuertauglichkeit.

Wenn die Rohrleitungsabschnitte zueinander benachbart verwen­ det werden, beispielsweise in direktem physikalischen Kon­ takt, so dient das Geflecht als Abstandselement, mit dem verhindert wird, daß die Oberflächen der Membranen einander überlappen, was eine Verkleinerung des aktiven Oberflächen­ bereichs und eine Vergrößerung der Ineffizienz zur Folge hätte. Weiterhin verbessert das Geflecht das Vermischen von Gas außerhalb des Rohrleitung (was als sogenannter "Spülgas"- Effekt bekannt ist) sowie seine Verteilung auf der Rohrlei­ tungsaußenfläche.

Das vorstehend Genannte wird erreicht ohne jegliche Beschnei­ dung der Fähigkeit der Rohrleitung, Feuchtigkeit von einer Probe zu entfernen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung unter Verwendung der beflochtenen Rohrleitung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben. Eine dieser Ausführungsformen sieht die Verwen­ dung der beflochtenen Rohrleitung eingebettet in einem Trockenmittelbett vor. Dieses Trockenmittelbett steigert die Fähigkeit des Rohrs, Feuchtigkeit aus einer Probe zu ent­ ziehen, indem der Unterschied in der relativen Feuchtigkeit zwischen der Probe und der äußeren Rohrumgebung erhöht wird. Das Geflecht schützt die Rohrleitung auch vor einer mecha­ nischen oder chemischen Beeinflussung durch das Trocken­ mittel. Diese Vorrichtung wird verwendet, um Feldunter­ suchungen von Emissionen in Umweltuntersuchungsanwendungen auszuführen.

Eine weitere Ausführungsform wird beim Prozeßtrocknen verwen­ det, bei dem das Rohr nunmehr unter Drücken einsetzbar ist, die 10- bis 20mal größer sind als diejenigen, unter denen die unbeflochtene Rohrleitung sicher einsetzbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, Widerstandsdraht um die Beflechtung zu wickeln, so daß das Rohr elektrisch aufheizbar ist. Gemäß einer weiteren Aus­ führungsform kann die Rohrleitung zugunsten von Wärme- und Kälteübertragung mit einem Metalldraht bedeckt sein. Sämt­ liche der letztgenannten Ausführungsformen sind dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Transferrate mittels Diffusion durch die Rohrleitung sich verdoppelt für jedes 10° Temperatur­ differential, das induziert werden kann.

Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer verstärkten rohrförmigen Membranvorrichtung, die Feuchtigkeit aus einer Gasprobe an die Umgebung zu überführen vermag, welche das Rohr umgibt, indem ein Geflecht über dem per­ meablen oder durchlässigen Material verwendet wird.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines feuchtigkeitsselektiven Gasprobenahmerohrs, das mechanisch widerstandsfähiger ist als eine Rohrleitung, die ausschließlich aus dem Diffusionsmaterial besteht. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Verwendung einer beflochtenen Rohrleitung in einem Trockenmittelbett zur Er­ zeugung einer transportablen Probennahmevorrichtung für Um­ weltmeß- oder Überwachungsanwendungen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer verstärkten Membran­ rohrleitung, die unter wesentlich höheren Drücken verwendet werden kann als solche, unter welchen die Rohrleitung bisher verwendet werden konnte.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen beflochtenen Rohrs;

Fig. 1B eine Seitenansicht der Rohrleitung von Fig. 1A mit LEUR-Anschlüssen für medizinische Anwendungen;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Vorrichtung unter Verwendung einer in ein Trocken­ mittelbett eingesetzten Rohrleitung;

Fig. 2A eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2;

Fig. 3 eine Seitenansicht der beflochtenen Rohrleitung, die mit elektrischem Widerstandsheizdraht bewickelt ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht der beflochtenen Rohrleitung unter Verwendung eines beschichteten Kupferdrahts zum Kühlen; und

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Vorrichtung unter Verwendung einer Vielzahl von Rohren sowie Spülgas.

Fig. 1A zeigt eine Seitenansicht der beflochtenen Rohrleitung gemäß der Erfindung. Der beflochtenen Rohrleitung ist das Bezugszeichen 18 zugeordnet. Zwei Anschlußteile 16 und 20 sind an die Enden der Rohrleitung zum Anschluß an eine andere Rohrleitung oder eine andere Vorrichtung angekuppelt. Die Rohrleitung von Fig. 1A besteht aus den extrudiert angeord­ neten Materialien gemäß dem US-Patent 3 735 558, das auf denselben Erfinder zurückgeht wie vorliegendes Patent. Alter­ nativ hierzu kann die Rohrleitung die extrudierbare Ionen­ tauscherrohrleitung sein, die vorliegend beschrieben wird.

Die Fig. 1B zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung. In der Fig. 18 weist der beflochtene Abschnitt der Rohrleitung 24 männliche und weibliche LEUR-An­ schlußteile auf, die mit der Rohrleitung verbunden sind. Dem männlichen Anschlußteil ist das Bezugszeichen 22 und dem weiblichen Anschlußteil das Bezugszeichen 26 zugeordnet. Diese LEUR-Anschlußteile sind auf dem medizinischen Sektor wohlbekannt, und die Ausführungsform gemäß Fig. 18 ist speziell geeignet zur Patientenüberwachung, wie in dem oben­ stehend genannten US-Patent 4 509 359 (Gedeon et al) be­ schrieben.

Die Verbindungs- bzw. Anschlußteile der Fig. 1A und 1B können an die Rohrleitung durch einen geeigneten Kleber befestigt sein oder durch Reibungsschluß oder durch eine Kombination von sowohl dem Klebstoff als auch dem Reibschlußsitz. Fig. 2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Trockners vom Trockenmitteltyp unter Verwendung der befloch­ tenen Rohrleitung gemäß der Erfindung. In Fig. 2 sowie in Fig. 2A, die eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 2 zeigt, ist mit dem Bezugszeichen 1 der Probengas-Einlaß und mit dem Bezugszeichen 2 der Probengas-Auslaß bezeichnet. Spülgas wird dem Spülgas-Einlaß 3 zugeleitet, und das Spülgas wird am Spülgas-Auslaß 4 abgezogen. Die gesamte Vorrichtung ist in einem Schalengehäuse 5 untergebracht.

Das Gehäuse 5 weist Endverschlußkappen 6 auf, die dazu ausge­ bildet sind, die Enden des zylindrischen Schalengehäuses 5 abzuschließen. Falls erforderlich, können Dichtungen 7 ver­ wendet werden, um einen guten Verschluß sicherzustellen zwischen den Endkappen 6 und dem Gehäuse 5. Die innerhalb des Gehäuses 5 gemäß Fig. 2 dargestellten Hohlräume sind gefüllt mit einem Trockenmittel 8. Das Trockenrohr gemäß der Erfin­ dung ist dargestellt unter dem Bezugszeichen 9 und ist um eine tragende zylindrische Oberfläche 10 herum gewickelt. Der Träger 10 besteht aus einem Siebmaterial. Der Siebträger 10 weist obere und untere Endkappen 11 auf, die an diesem ange­ schlossen sind, um die Struktur des Siebmaterials aufrecht­ zuerhalten. Der gesamte Träger 10 kann an die Endkappen 6 mittels eines Schraubbolzens 12 angeschlossen sein. Der Bolzen 12 verbindet die Endkappe 6 mit der Endkappe 11. Geeignete weibliche Gewindebohrungen sind in den Kappen 6 und 11 ausgebildet. Diese Gewindebohrungen tragen die Bezugs­ zeichen 58 bzw. 60.

Ein Rohr 13 ist an den Einlaß 3 angeschlossen. Ein anderes Rohr 14 ist an den Auslaß 4 angeschlossen. Das Rohr 13 bildet das Spülgaseinlaßrohr, während das Rohr 14 das Spülgasaus­ laßrohr bildet. Nunmehr wird deutlich, daß die Vorrichtung gemäß Fig. 2 so arbeitet, daß Spülgas eintreten und austreten kann, welches die beflochtene Rohrleitung gemäß der Erfindung umspült bzw. umgibt. Ein Trockenmittel umgibt ebenfalls die Rohrleitung. Die Gasprobe kann innerhalb der beflochtenen Rohrleitung zirkulieren und aus dieser austreten. Wasser wird entfernt durch die kombinierten Wirkungen des Trockenmittels und des Spülgases. Die beflochtene Rohrleitung für die Probe ist sowohl an den Einlaß 1 wie an den Auslaß 2 in den Fig. 2 und 2A angeschlossen.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der Erfindung. Hier betrifft das Bezugszeichen 28 den beflochtenen Rohrleitungsabschnitt. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist die Membranrohrleitung beflochten mit einem elektrischen Widerstandsdraht. Die Anschlußteile 33 und 34 sind mit der beflochtenen Rohrleitung verbunden. Büchsen 31 und 32 werden verwendet, um den Draht von den Anschlußteilen zu isolieren. Der Anschlußdraht von den Abschlußbüchsen 31 und 32 ist mit den Bezugszeichen 29 und 30 bezeichnet. Dieses Ausführungsbeispiel kann verwendet werden, um präzise die Temperatur der Oberfläche der Membranrohrleitung zu über­ wachen bzw. zu steuern.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, demgemäß die Membranrohrleitung mit einem Metalldraht 38 beflochten ist. Wiederum werden Anschlußteile 36 und 40 verwendet. Der Metalldraht kann verwendet werden zum Heizen oder Kühlen via Leitung mittels des Metallgeflechts.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Trockners unter Ver­ wendung mehrerer beflochtener Rohrleitungsabschnitte. Ein Gehäuse 48 weist einen Probeneinlaß 56 auf, der an einem Gehäuseende ausgebildet ist. Ein Probenauslaß 54 ist am gegenüberliegenden Ende ausgebildet. Ein Spülgaseinlaß 50 und ein Spülgasauslaß 52 sind in dem Gehäuse 48 ausgebildet. Abstandsdichtelemente 44 und 46 unterbinden eine Vermischung des Spülgases mit dem Probengas. Die Abstandselemente 44 und 46 tragen auch die Enden einer Mehrzahl von beflochtenen Rohrleitungsabschnitten (drei von diesen sind in der Fig. 5 dargestellt). Bei diesem Ausführungsbeispiel kann jedoch jede beliebige Anzahl von Rohrleitungsabschnitten 42 verwendet werden. Nun wird deutlich, daß am Einlaß 56 eingeführtes Probengas durch die Abschnitte der Rohrleitung 42 zum Auslaß 54 wandert. Über den Gaseinlaß 50 eingespeistes und über den Gasauslaß 52 abgezogenes Spülgas 50 zirkuliert um die Rohre 42 herum. Die Abstandsdichtelemente 44 und 46 dienen zur Isolation des Spülgases vom Probengas oder -fluid.

Die Effektivität der erfindungsgemäßen beflochtenen Rohr­ leitung ist damit deutlich geworden.

Claims (10)

1. Fluidtrocknungsvorrichtung mit einer Rohrleitung (24), die aus einem ersten Material besteht, das selektive sowie reversible Wasser-Absorptionseigenschaften aufweist, wobei die Oberfläche der Rohrleitung (24) zum Schutz der Rohrleitung (24) vor äußeren Einwirkungen mit einem Geflecht (18) aus einem zweiten Material bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein elektrischer Widerstandsdraht ist oder ein elektrischer Widerstandsdraht um das Geflecht (18) gewickelt ist, so dass das Rohr elektrisch aufheizbar ist.

2. Fluidtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Metalldraht ist.

3. Fluidtrocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein Kunststoff-Endlosgarn (Monofilament) ist.

4. Fluidtrocknungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

• - ein Gehäuse,
• - ein in dem Gehäuse angebrachten hohlen zylindrischen Träger,
• - einen Abschnitt einer wasserdurchlässigen Membran-Rohrleitung mit einem Geflecht, die von dem zylindrischen Träger getragen wird, wobei die Rohrleitung ein Einlass- und ein Auslassende aufweist,
• - ein die Rohrleitung in dem Gehäuse umschließendes Trockenmittel und
• - einer Einrichtung zum Einspeisen von Fluid in den Einlass sowie zum Abzie­ hen von Fluid von dem Auslass.

5. Fluidtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein zweiter Einlass und ein zweiter Auslass vorgesehen sind, die in Fluidübertragungsverbindung mit dem Trockenmittel stehen, und eine an den zweiten Einlass sowie an den zweiten Auslass angeschlossene Einrichtung zum Einspeisen bzw. Abziehen von Spülgas in die bzw. aus der Vorrichtung.

6. Fluidtrocknungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch

• - ein Einlassende und ein Auslassende einer Einrichtung zum Einspeisen eines zu trocknenden Fluids in das Einlassende,
• - eine Mehrzahl von Abschnitten einer eng beflochtenen Gasabsorptions­ membran-Rohrleitung, die zur Fluidübertragung mit dem Einlassende und dem Auslassende vorgesehen ist, und
• - Dicht- und Befestigungseinrichtungen für die im Trockner angeordnete Rohrleitung, die die Rohrleitungsabschnitte in beabstandeter Beziehung zueinander sowie zu dem Einlassende und dem Auslassende halten.

7. Fluidtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Einlasseinrichtung in dem Trockner zur Einspeisung des Spülgases sowie eine zweite Auslasseinrichtung zwischen den Dicht- und Befestigungsein­ richtungen ausgebildet ist.

8. Fluidtrocknungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

• - zusätzlich am Gehäuse befestigte erste und zweite Endkappen vorgesehen sind, und
• - eine Trageeinrichtung für den zylindrischen Träger, die an letzterem und an einer der Endkappen befestigt ist, wobei die ersten und zweiten Einlässe und die ersten und zweiten Auslässe in Fluidübertragungsverbindung mit der zweiten Endkappe stehen.

9. Fluidtrocknungsvorrichtung Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Rohrleitung in Kontakt mit dem zylindrischen Träger steht, wobei der zylindrische Träger aus einem offenen Siebmaterial besteht.

10. Fluidtrocknungsvorrichtung Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Endkappeneinrichtung eingeschlossen wird, welche zur Sicher­ stellung der Zylindergestalt an den zylindrischen Träger angeschlossen wird.