DE69200631T2 - Verfahren zum Aufbau einer kontrollierten Atmosphäre in einem Raum und Raum mit kontrollierter atmosphäre. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer kontrollierten Atmosphäre in einer Kammer und eine Kammer zum Durchführen dieses Verfahrens.
• Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen einer kontrollierten Atmosphäre in einer Kammer mit den Schritten: Liefern eines unter Druck stehenden Gasgemisches in einen ersten Teilraum eines Membrantrennmoduls, Umwälzen eines ersten von zwei modifizierten Gasgemischen in dem Raum, das zum Erzeugen der kontrollierten Atmosphäre aus dem Modul ausgegeben wird, und Wiedervereinigen der aus der Kammer abgezogenen kontrollierten Atmosphäre mit dem aus dem Modul austretenden zweiten der modifizierten Gemische vor dem Auslassen in die Umgebungsatmosphäre.
• Ein derartiges Verfahren ist im Dokument EP-A-0 358 359 beschrieben, wobei sich die Wiedervereinigung in der Leitung zum Abziehen des Restgases des Adsorptions- oder Membranmoduls vollzieht.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein perfektioniertes Verfahren vorzuschlagen, das es erlaubt, die Wirkungsweise und die Ausbeute des Membrantrennmoduls zu verbessern, insbesondere die Nutzfläche der Membran und den Durchfluß des unter Druck stehenden Gasgemisches zu vermindern und außerdem den Raumbedarf des Moduls und seine Herstellungskosten zu vermindern und es leichter in die oder auf den Kammern zu integrieren.
• Zu diesem Zweck wird die Wiedervereinigung gemäß einem Merkmal der Erfindung im zweiten Teilraum des Moduls ausgeführt, typischerweise im Niederdruckteilraum, wobei das erste modifizierte Gemisch, das in die Kammer eingeführt wird, auf einen Druck entspannt wird, der geringfügig höher ist als der Druck im Hochdruckteilraum des Moduls, wobei die aus der Kammer abgezogene kontrollierte Atmosphäre im Niederdruckteilraum des Moduls entgegengesetzt gerichtet zur Strömung im Hochdruckteilraum des Moduls umgewälzt wird.
• Die vorliegende Erfindung hat außerdem einen Kammeraufbau zum Gegenstand, der mit einem Membrantrennmodul in einem kompakten Aufbau niedriger Herstellungs- und Zusammenbaukosten vereinigt ist.
• Zu diesem Zweck ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine derartige Kammer mit zumindest einem Innenvolumen, das durch eine erste Leitung mit einem ersten Teilraum eines Membrantrennmoduls verbunden ist, der mit einer unter Druck stehenden Gasgemischquelle verbindbar ist und durch eine zweite Leitung mit einer Öffnung zum Auslaß in die Umgebungsatmosphäre, die mit dem zweiten Teilraum des Moduls kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung zumindest teilweise durch den zweiten Teilraum des Moduls gebildet ist.
• Das Verfahren und die Kammer gemäß der Erfindung finden ihre Anwendung beim Schutz beliebiger Primärmaterialien, insbesondere Lebensmittel-Halbfertigprodukten im Verlauf der Herstellung oder Endprodukte während einer variablen Wartezeit auf die Bearbeitung oder den Verkauf, beispielsweise in der sekundären Elektronikindustrie, gegen Oxidation oder eine Kontamination.
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung beispielhafter, nicht beschränkender Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor; es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung und
• Fig. 2 eine teilweise geschnittene und aufgebrochene Ausführungsform der Erfindung.
• In der folgenden Beschreibung sowie in den Zeichnungen tragen identische oder analoge Elemente dieselben Bezugsziffern.
• In Fig. 1 ist ein Teil einer im wesentlichen dichten Kammer 1 gezeigt, die zumindest ein Innenvolumen 2 bestimmt und mit einem Permeationstrennmodul 3 verbunden ist, das zumindest eine Permeationsmembran 4 umfaßt, die einen stromaufwärtigen oder Hochdruckteilraum 5 von einem stromabwärtigen oder Niederdruckteilraum 6 trennt. Das Modul 3 umfaßt an einem ersten Ende einen Anschluß 7 für eine Quelle für ein unter Druck stehendes Gasgemisch, typischerweise eine Leitung zur Zufuhr komprimierter industrieller Luft mit einem Druck zwischen 2,5 und 6 x 10&sup5; Pa, die in den Hochdruckteilraum 5 mündet, und an seinem anderen Ende eine Leitung 8, die mit dem Hochdruckteilraum 5 kommuniziert und sich ins Innere des Volumens 2 erstreckt. Die Leitung 8 ist mit einer Drossel 9 versehen, um den Druck des ersten aus dem Hochdruckteilraum 5 des Moduls 3 ausgeleiteten und in das Volumen 2 eingeleiteten modifizierten Gasgemisches auf einen Druck zu vermindern, der geringfügig höher ist als derjenige im Niederdruckteilraum 6. Der zuletzt genannte Raum kommuniziert an der Seite des ersten Endes des Moduls 3 mit einer Leitung 10 zum Auslassen in die Umgebungsatmosphäre und, benachbart zum zweiten Ende des Moduls 3 mit einem Bereich der Leitung 11, der mit dem oberen Bereich des Volumens 2 kommuniziert und mit einem Rückschlagventil 12 versehen ist.
• Bei diesem Aufbau strömt das erste modifizierte Gasgemisch, typischerweise ein sauerstoffarmes inertes Gemisch, das im wesentlichen aus Stickstoff besteht, der in das Volumen 2 der Kammer 1 eingeleitet wird, um dort eine kontrollierte Atmosphäre zu bilden, aus dem Volumen 2 in seiner Zusammensetzung durch die in diesem Raum vorhandenen Produkte geringfügig modifiziert, über die Leitung 11 und die Niederdruckkammer 6 entgegen der Gasströmung, die die Hochdruckkammer 5 durchströmt, aus. Die Einleitung des inerten Gemisches mit abgereichertem Sauerstoffgehalt in die Niederdruckkammer 6 vermindert den Sauerstoffpartialdruck in dieser Kammer, wodurch die Arbeitsweise der Membran deutlich verbessert werden kann. Für eine Membran mit einer Selektivität Sauerstoff/Stickstoff von 3:4, die aus Polyimid besteht, erlaubt die Spülung des Niederdruckteilraums 6 mit der Gesamtheit des erzeugten und in das Volumen 2 überführten inerten Gases für dieselbe Erzeugung dieses Inertgases mit derselben Reinheit von ungefähr 99%, die benötigte Membranoberfläche um ungefähr 25% und den notwendigen Durchfluß der Luft um ungefähr 20% zu vermindern. Das durch die Auslaßleitung 10 abgezogene Gasgemisch hat eine Zusammensetzung, die im wesentlichen identisch zu demjenigen (Luft) ist, das in den Anschluß 7 eingeleitet wird, mit einem Sauerstoffgehalt von ungefähr 21%, wodurch die ohne Wiedervereinigung bestehenden Risiken eines Sauerstoffüberschusses in der Umgebung der Kammer, insbesondere ein Brand, oder einer zu starken Rückleitung des Inertgases, insbesondere eine Anoxie, vermieden werden.
• Bei einem derartigen Aufbau erlaubt das Trennmodul 3 außerdem eine Rückführung von Dämpfen oder Gerüchen, die aus den in der Kammer angeordneten Produkten austreten. Wenn die Kammer 1 andererseits auf einer Temperatur (warm oder kalt) gehalten wird, die sich von der Umgebungstemperatur unterscheidet, stellt das Modul 3 einen Wärmeaustausch zwischen dem eingeleiteten Gasgemisch und dem aus der Kammer abgezogenen Gemisch sicher, was eine Verminderung des Energieverbrauchs der Bevorratungsanordnung erlaubt.
• In der Praxis wird das Innenvolumen 2 der Kammer 1 auf einem geringen Druck gehalten, und die Tatsache, daß das erste modifizierte, typischerweise inerte Gasgemisch, das aus dem Hochdruckteilraum des Trennmoduls austritt, auf einem geringfügig über dem Atmosphärendruck liegenden Druck gehalten wird, erlaubt eine beträchtliche Vereinfachung des Aufbaus des Membranmoduls.
• In Fig. 2 ist eine derartige vereinfachte Ausführungsform gezeigt, bei der das erste modifizierte Gasgemisch durch die Membran selbst entspannt wird, hier durch eine Mehrzahl von Hohlfaserbündeln, beispielsweise aus Polyimid, wobei jedes Hohlfaserbündel über eines seiner Enden in eine Öffnung 13 eingesetzt ist, die in einem Sammelrohr 14 aus beispielsweise PVC oder verstärktem Polyethylen ausgebildet ist, wobei die Dichtigkeit im Bereich der Öffnungen durch kontrollierten Auftrag eines Epoxidharzes erhalten wird (durch Tauchen, Bestreichen oder Einleiten über das Rohr 14 unter Druck). Das Rohr 14 und die Faserbündel 4 sind in dem Gehäuse 15 angeordnet, das im Innenvolumen 2 der Kammer 1 angebracht ist, und dessen beide parallele Wände 16 und 17 jeweils eine Kammer 6 bilden, welche das Rohr 14 und die Faserbündel 4 aufnimmt und den Niederdruckteilraum des Moduls bildet, und wobei eine Kammer oder eine Reihe von Leitungen 11 die Kommunikation zwischen dem oberen Teil des Innenvolumens 2 und der Unterseite der Kammer 6 über eine Schwenkklappe herstellen, welche ein Rückschlagventil 12 bildet. Das Rohr 14 ist im oberen Teil der Kammer 6 angeordnet, und die Fasern 4 erstrecken sich nach unten bis über den Boden 18 des Gehäuses 15 hinaus, der zusammen mit dem Boden des Gehäuses 1 einen Durchlaß 8 begrenzt, der die Verbindung zwischen den Ausgangsenden der Fasern 4 im Durchlaß 8 und dem Volumen 2 herstellt. Das Sammelrohr 14 ist an einem Ende der Kammer mit einem Anschluß 7 zur Verbindung mit einer Druckluftquelle verbunden, während sein anderes Ende hermetisch verschlossen ist. Die obere Wand der Kammer 6 ist von einer Mehrzahl von Öffnungen 10 durchbrochen, welche die Auslaßöffnung zur Umgebungsatmosphäre des Permeationsmoduls bilden.
• Um die Gastrennung mit dem Faserbündel 4 zu optimieren, sind die die Kammer 6 bildenden Trennwände bei einer Ausführungsvariante derart ausgelegt, daß der Querschnitt der Kammer von oben nach unten progressiv abnimmt, das heißt vom Sammelrohr 14 bis zum unteren, engeren Durchlaß, der die freien Enden der Fasern aufnimmt.
• Es versteht sich, daß bei diesen Ausführungsformen die Länge und der Durchmesser der hohlen Fasern 4, die innenseitig den Hochdruckteilraum des Moduls bilden, die Zusammensetzung des ersten Gasgemisches bestimmt, das für einen gegebenen Versorgungsdruck erzeugt wird, ebenso wie den verminderten Zufuhrdruck für das erste Gasgemisch, was es erlaubt, den unter Druck stehenden dichten Raum auf der Erzeugungsseite des ersten Gasgemisches wegzulassen, der herkömmlicherweise in traditionellen Hohlfaserkartuschen vorhanden ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erzeugen einer kontrollierten Atmosphäre in einer Kammer (1) mit den Schritten: Liefern eines unter Druck stehenden Gasgemisches in einen ersten Teilraum (5) eines Membrantrennmoduls (3), Umwälzen eines ersten von zwei modifizierten Gasgemischen in dem Raum, das zum Erzeugen der kontrollierten Atmosphäre aus dem Modul ausgegeben wird (8), und Wiedervereinigen der aus der Kammer abgezogenen kontrollierten Atmosphäre mit dem aus dem Modul austretenden zweiten der modifizierten Gemische vor dem Auslassen (10) in die Umgebungsatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedervereinigung im zweiten Teilraum (6) des Moduls (3) ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilraum (6) der Niederdruckteilraum des Moduls (3) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste modifizierte Gemisch auf einen Druck entspannt wird (9), der geringfügig höher ist als der Druck im Hochdruckteilraum (6) des Moduls (3).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kammer (1) abgezogene kontrollierte Atmosphäre im Niederdruckteilraum (6) des Moduls (3) entgegengesetzt gerichtet zur Strömung im Hochdruckteilraum (5) des Moduls (3) umgewälzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste modifizierte Gasgemisch sauerstoffabgereichert ist.

6. Kammer mit zumindest einem Innenvolumen (2), das durch eine erste Leitung (8) mit einem ersten Teilraum (5) eines Membrantrennmoduls (3) verbunden ist, der mit einer unter Druck stehenden Gasgemischquelle verbindbar ist (7) und durch eine zweite Leitung (11, 6) mit einer Öffnung (10) zum Auslaß in die Umgebungsatmosphäre, die mit dem zweiten Teilraum (6) des Moduls kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (11, 6) zumindest teilweise durch den zweiten Teilraum (6) des Moduls (3) gebildet ist.

7. Kammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung (8) mit einem Ende des Moduls (3) verbunden ist, das dem Einlaß (7, 14) für das unter Druck stehende Gasgemisch gegenüberliegt, und daß das Innenvolumen (2) mit dem zweiten Teilraum (6) des Moduls (3) durch einen Bereich der zweiten Leitung (11) verbunden ist, der in den zweiten Teilraum benachbart zu dem Ende des Moduls mündet.

8. Kammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der zweiten Leitung (11) eine Rückschlagklappe (12) umfaßt.

9. Kammer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Modul (3) ein Gehäuse (15) umfaßt, das einen ersten Raum (6) bildet, der an einem Ende mit einer Auslaßöffnung (10) und am anderen Ende mit ersten (8) und zweiten (11) Durchlässen kommuniziert und einen Sammelkanal (14) umschließt, der benachbart zum ersten Ende angeordnet, an die Druckgasquelle anschließbar ist (7), und von dem ausgehend sich bis zum ersten Durchlaß (8) zumindest ein Permeationsfasernetz (4) erstreckt.

10. Kammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das das Fasernetz (4) über eines seiner Enden mit dem Sammelkanal (14) dicht verbunden ist und sich bis zum ersten Durchlaß (8) frei erstreckt.