JP2022534521A - 高水分容量を持つ耐汚染性及び非腐食性乾燥材複合材料を備える装置 - Google Patents
高水分容量を持つ耐汚染性及び非腐食性乾燥材複合材料を備える装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
各種乾燥剤の組織特性は、Quantachrome Autosorb iQ機器を使用して77Kで実施された窒素吸着を使用して計測した。サンプルを、分析前に4時間125℃の真空でガス抜きした。その結果を表1に示す。3Åモレキュラーシーブの表面積及び気孔容積は、窒素分子の排除のせいで得られない。シリカSY290は、高い気孔容積1.86cm3/gを示し、一方、シリカゲルは、最高表面積741m2/gを持つ。
湿潤含浸は、1gのシリカSY290と0.55gの塩化カルシウムを混合することによって実施された。塩は、秤量前に150℃のオーブンの中で2時間乾燥させた。その後、少量の水(<4cm3)を混合物に加えて、均等に攪拌した。乾燥サンプルを得るために数時間110℃のオーブンでスラリーを乾燥させた。高気孔容積(>1.50cm3/g)を持つシリカ支持体は、CaCl2の高装入(>50重量%)に対処できることが分かった。
乾燥剤の水蒸気吸収量を、25℃でQuantachrome Vstar機器を使用して計測した。サンプルは、水蒸気吸着前に4時間125℃の真空でガス抜きした。図6は、55重量%CaCl2/SiO2、シリカゲル、ベントナイトクレイ及び3Åモレキュラーシーブの吸着等温線を示す。シリカに支持された塩化カルシウム乾燥剤は、相対湿度15%を超えると他の乾燥剤に比べて高い吸収量を持つ。
乾燥剤は、加熱したモイスチャポンプ(HMP)装置の中で熱によって再生でき、脱離した水蒸気の量は、温度の関数として計測できる。最初に、粉末乾燥剤を数時間大気水蒸気に曝した。その後、サンプルを10℃/分の傾斜率で125℃まで加熱し、熱重量分析器(TA Instrument TGA5500)を使用して4時間保持した。図7は、温度の関数として乾燥剤から脱離した水分のパーセンテージを示す。
水蒸気の吸着力学を測定するために、動的水蒸気吸着(DVS)デバイスを使用した。サンプルは、最初に、4時間125℃の真空でガス抜きし、その後、25℃まで冷却した。その後、サンプルを相対湿度20~60%の水蒸気に曝した。差分質量が0.05まで減少したとき水蒸気の吸収を停止した。
HMPデバイスのターゲット環境における汚染物質の存在は、乾燥剤の水蒸気吸収量を減少する可能性がある。ソーラーインバータの中に見られる主要な汚染物質の2つは、オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)及びベンゼルアルコール(BA)である。水蒸気吸収量に対する汚染の影響をテストするために、新しい乾燥剤をD4及びBAに別個に曝して、実施例3の手順を使用して水蒸気吸収量を計測した。曝露は、閉鎖された乾燥剤ボックスの中で実施した。新しい乾燥剤と液体D4又はBAのバイアル(20ml)を乾燥剤ボックスの中に置いた。ボックスは、40~125℃の間で20回オーブンの中で熱循環された。その結果を図10に示す。
CaCl2の含浸は、金属有機構造体(UiO-66)、活性炭(SA20)及び金属酸化物(酸化アルミニウム)など他の多孔質支持体まで拡張できる。含浸方法は、実施例2と同様であるが、塩含有量は、これらの支持体の気孔容積が低いので、減少する(20重量%CaCl2/UiO-66、30重量%CaCl2/SA20、20重量%CaCl2/Al2O3)。
約150gのシリカに支持された塩化カルシウムと37.5gのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を、80%CaCl2/SiO2乾燥剤及び20%PTFEの組成を与えるように、均等に混合した。
実施例8の同じ手順を使用する。但し、延伸PTFE(ePTFE)又は延伸硫黄ポリテトラフルオロエチレン(イオノマー)を含む薄い多孔質の膜を、支持膜として使用でき、このプロセスは、図14に示すようにテープの両面上に薄い膜を持つテープを生成した。シリカに支持された塩化カルシウムに加えて、シリカゲル、ベントナイトクレイ及び3Åモレキュラーシーブなどの他の乾燥剤も、ポリマーテープのフィラーとして使用できる。
3つのタイプの金属試料、即ち304ステンレス鋼、アルミニウム6061及び銅122を使用して、塩化カルシウム含有乾燥剤によって生じる腐食をテストした。各金属片は、約1インチ平方及び厚み1/8インチである。表面は、600グリット研摩紙を使用して研摩した。試料は、3時間、35℃、相対湿度60~80%の条件の下で、各種サンプル(粉末、支持膜無し及び有りのテープ)に曝し、その後125℃の対流オーブンの中に1時間置いた。このサイクルを5日間に合計で10回繰り返した。試料の質量を、テスト前及びテスト後に計測して、腐食率を計算し、腐食穴の写真を撮った。
複数サイクルを経た乾燥剤に対する汚染の影響を測定するために、乾燥剤充填PTFEテープを、35~135℃の囲繞体の中で熱循環させた。囲繞体は、相対湿度20%に制御され、15mLのオクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)及び15mLのベンゼンアルコール(BA)を含む。乾燥剤を15分間155℃まで加熱し、囲繞体内の空気を循環させる2つのファンを使用して90分間35℃まで冷却した。このサイクルを複数回繰返し、192サイクルごとに水蒸気吸着分析のためにテープ片を切り取った。
(態様)
(態様1)
囲繞体と、
デバイスと、
を含む、装置であって、
前記デバイスは、乾燥剤が装入された基材と、乾燥剤と、を含み、
前記乾燥剤は、塩化カルシウム塩と、支持材と、を含み、
1つ又は複数の汚染物質及び水蒸気は前記囲繞体の内容積内にあり、
前記デバイスは、少なくとも部分的に前記囲繞体内で、又は前記囲繞体の外部で、前記囲繞体の前記内容積内の水蒸気を吸収するように前記デバイスと前記囲繞体の前記内容積との間で水分が移動できるように前記囲繞体の充分近くに配置されており、
前記基材は、少なくとも1つの高分子材料を含み、
前記基材の50~90重量%で前記乾燥剤が装入されており、
前記支持材の20重量%~70重量%は塩化カルシウム塩で含浸されており、
前記乾燥剤の水蒸気容量は、384以下の吸着/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、装置。
(態様2)
前記デバイスが、完全に前記囲繞体内にある、態様1に記載の装置。
(態様3)
前記デバイスが、部分的に前記囲繞体内にある、態様1に記載の装置。
(態様4)
前記囲繞体が、前記囲繞体に相対湿度15%~60%を与えるのに充分な量の水蒸気を含む、態様1に記載の装置。
(態様5)
前記デバイスが、前記囲繞体に接している、態様1に記載の装置。
(態様6)
前記デバイスが、前記囲繞体の外面に取り付けられている、態様5に記載の装置。
(態様7)
前記デバイスが、前記囲繞体の前記内容積と流体流通している、態様4に記載の装置。
(態様8)
前記乾燥剤の前記吸収/脱離が、前記デバイスと熱源との間の温度勾配によって駆動されるように構成されている、態様1~7のいずれか1項に記載の装置。
(態様9)
前記乾燥剤の前記吸収/脱離が、前記囲繞体と前記デバイスとの間の水分勾配によって駆動されるように構成されている、態様1~7のいずれか1項に記載の装置。
(態様10)
前記乾燥剤が装入された前記基材の水蒸気容量が、態様1~9のいずれか1項に記載の384以下の前記吸収/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、態様1~9のいずれか1項に記載の装置。
(態様11)
前記支持材の20重量%~65重量%が前記塩化カルシウム塩で含浸されている、態様1~10のいずれか1項に記載の装置。
(態様12)
前記基材の70重量%~80重量%で前記乾燥剤が装入されている、態様1~11のいずれか1項に記載の装置。
(態様13)
前記囲繞体が、少なくとも1つの腐食性金属を含む、態様1~12のいずれか1項に記載の装置。
(態様14)
前記少なくとも1つの腐食性金属が、ステンレス鋼、銅又はアルミニウムの1つ又はそれ以上を含む、態様13に記載の装置。
(態様15)
前記ステンレス鋼が304ステンレス鋼である、態様14に記載の装置。
(態様16)
前記銅がC122銅である、態様15に記載の装置。
(態様17)
前記アルミニウムが6061アルミニウムである、態様16に記載の装置。
(態様18)
前記支持材が0.2~2.10cm 3 /gの範囲の気孔容積を有する、態様1~17のいずれか1項に記載の装置。
(態様19)
前記支持材が、0.42~1.90cm 3 /gの範囲の気孔容積を有する、態様1~18のいずれか1項に記載の装置。
(態様20)
前記支持材が、273~1534m 2 /gの範囲の表面積を有する、態様1~19のいずれか1項に記載の装置。
(態様21)
前記支持材が金属酸化物を含む、態様1~20のいずれか1項に記載の装置。
(態様22)
前記金属酸化物が、酸化アルミニウム又は二酸化ケイ素の1つ又はそれ以上を含む、態様21に記載の装置。
(態様23)
前記支持材が活性炭を含む、態様1~22のいずれか1項に記載の装置。
(態様24)
前記支持材が金属有機構造体を含む、態様1~23のいずれか1項に記載の装置。
(態様25)
前記金属有機構造体がUiO-66である、態様24に記載の装置。
(態様26)
前記基材がテープの形態である、態様1~25のいずれか1項に記載の装置。
(態様27)
前記テープがダイスされたテープである、態様26に記載の装置。
(態様28)
前記基材がチューブの形態である、態様1~27のいずれか1項に記載の装置。
(態様29)
前記基材がディスクの形態である、態様1~28のいずれか1項に記載の装置。
(態様30)
更に、少なくとも1つの付加的な高分子材料を含む、態様1~29のいずれか1項に記載の装置。
(態様31)
前記少なくとも1つの付加的な高分子材料が、前記基材の少なくとも一つの面上に配置された少なくとも1つの高分子膜を含む、態様30に記載の装置。
(態様32)
前記少なくとも1つの高分子材料がフルオロポリマーを含む、態様1~29のいずれか1項に記載の装置。
(態様33)
前記少なくとも1つの高分子材料が、延伸フルオロポリマーを含む、態様32に記載の装置。
(態様34)
前記延伸フルオロポリマーが延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)である、態様34に記載の装置。
(態様35)
前記少なくとも1つの高分子材料が、ポリ(エチレン-コテトラフルオロエチレン)(ETFE)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリパラキシリレン(PPX)、ポリ乳酸及びこれらの任意の組合せ又はブレンドを含む、態様1~32のいずれか1項に記載の装置。
(態様36)
前記1つ又はそれ以上の汚染物質が、1つ又は複数のシロキサン、1つ又は複数の脂肪族アルコール、1つ又は複数の芳香族アルコール、1つ又は複数の窒素含有化合物又は1つ又は複数のその他の有機化合物、の1つ又はそれ以上を含む、態様1~33のいずれか1項に記載の装置。
(態様37)
前記1つ又は複数のシロキサンが、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘクサシロキサン、テトラデカメチルシクロヘプタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン又はドデカメチルペンタシロキサン、の1つ又はそれ以上を含む、態様36に記載の装置。
(態様38)
前記1つ又は複数の脂肪族アルコールが、2-エチル-ヘキサノール又はドデカノールの1つ又はそれ以上を含む、態様36に記載の装置。
(態様39)
前記1つ又は複数の芳香族アルコールが、ベンジルアルコール又は2-4-ジ-tert-ブチルフェノールの1つ又はそれ以上を含む、態様36に記載の装置。
(態様40)
前記1つ又は複数の窒素含有化合物が、N-メチル-2-ピロリドン、ジブチルアミン、ジブチルホルムアミド又はカプロラクタム、の1つ又はそれ以上を含む、態様36に記載の装置。
(態様41)
前記1つ又は複数のその他の有機化合物が、トルエン、キシレン、ベンゼン、イソプロピルベンゼン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、ナフタリン、カプロラクタム、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アセトフェノン、ベンズアルデヒド、ヘプタナール、ヘキサナール、オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセチルベンゼン、ブタンジオールアジペート、ジフェニルスルホン、プロピレンカーボネート又はテトラデカン、の1つ又はそれ以上を含む、態様36に記載の装置。
(態様42)
各吸収/脱離サイクルが熱サイクルであり、その間、前記乾燥剤が、-20~150℃の範囲の温度の間で繰り返し加熱冷却されるように構成されている、態様1~41のいずれか1項に記載の装置。
(態様43)
各吸収/脱離サイクルが水分サイクルであり、その間、前記乾燥剤が、前記乾燥剤と空気との間に水分勾配を生じるように20%~95%の相対湿度を持つ空気に曝される、態様1~41のいずれか1項に記載の装置。
(態様44)
前記少なくとも1つの付加的な高分子材料が、前記デバイスから前記囲繞体の中への乾燥剤粒子の移動を単一の高分子材料しか持たないデバイスに比べて50%~97%減少するように構成される、態様30又は31に記載の装置。
(態様45)
a)デバイスを入手することと、
b)前記デバイスを、少なくとも部分的に囲繞体の内容積内で、又は前記囲繞体の外部で、前記デバイスと前記囲繞体との間で水分が移動できるように前記囲繞体の充分近くに配置することと、
c)前記囲繞体の前記内容積から前記デバイスの中へ水分を吸収することと、
d)前記デバイスから水分を脱離して、吸収/脱離サイクルを完了することと、
e)ステップc)~d)を繰り返すことと、
を含む、方法であって、
前記デバイスは、乾燥剤が装入された基材を含み、
前記乾燥剤は、塩化カルシウム塩と、支持材と、を含み、
前記基材は少なくとも1つの高分子材料を含み、
前記基材の50~90重量%で前記乾燥剤は装入されており、
前記支持材の20重量%~70重量%は前記塩化カルシウム塩で含浸されており、
前記囲繞体は、前記内容積内に1つ又は複数の汚染物質及び水蒸気を含み、
前記デバイスの水蒸気容量は、384以下の吸収/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、方法。
Claims (45)
- 囲繞体と、
デバイスと、
を含む、装置であって、
前記デバイスは、乾燥剤が装入された基材と、乾燥剤と、を含み、
前記乾燥剤は、塩化カルシウム塩と、支持材と、を含み、
1つ又は複数の汚染物質及び水蒸気は前記囲繞体の内容積内にあり、
前記デバイスは、少なくとも部分的に前記囲繞体内で、又は前記囲繞体の外部で、前記囲繞体の前記内容積内の水蒸気を吸収するように前記デバイスと前記囲繞体の前記内容積との間で水分が移動できるように前記囲繞体の充分近くに配置されており、
前記基材は、少なくとも1つの高分子材料を含み、
前記基材の50~90重量%で前記乾燥剤が装入されており、
前記支持材の20重量%~70重量%は塩化カルシウム塩で含浸されており、
前記乾燥剤の水蒸気容量は、384以下の吸着/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、装置。 - 前記デバイスが、完全に前記囲繞体内にある、請求項1に記載の装置。
- 前記デバイスが、部分的に前記囲繞体内にある、請求項1に記載の装置。
- 前記囲繞体が、前記囲繞体に相対湿度15%~60%を与えるのに充分な量の水蒸気を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記囲繞体に接している、請求項1に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記囲繞体の外面に取り付けられている、請求項5に記載の装置。
- 前記デバイスが、前記囲繞体の前記内容積と流体流通している、請求項4に記載の装置。
- 前記乾燥剤の前記吸収/脱離が、前記デバイスと熱源との間の温度勾配によって駆動されるように構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記乾燥剤の前記吸収/脱離が、前記囲繞体と前記デバイスとの間の水分勾配によって駆動されるように構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記乾燥剤が装入された前記基材の水蒸気容量が、請求項1~9のいずれか1項に記載の384以下の前記吸収/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、請求項1~9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記支持材の20重量%~65重量%が前記塩化カルシウム塩で含浸されている、請求項1~10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記基材の70重量%~80重量%で前記乾燥剤が装入されている、請求項1~11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記囲繞体が、少なくとも1つの腐食性金属を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの腐食性金属が、ステンレス鋼、銅又はアルミニウムの1つ又はそれ以上を含む、請求項13に記載の装置。
- 前記ステンレス鋼が304ステンレス鋼である、請求項14に記載の装置。
- 前記銅がC122銅である、請求項15に記載の装置。
- 前記アルミニウムが6061アルミニウムである、請求項16に記載の装置。
- 前記支持材が0.2~2.10cm3/gの範囲の気孔容積を有する、請求項1~17のいずれか1項に記載の装置。
- 前記支持材が、0.42~1.90cm3/gの範囲の気孔容積を有する、請求項1~18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記支持材が、273~1534m2/gの範囲の表面積を有する、請求項1~19のいずれか1項に記載の装置。
- 前記支持材が金属酸化物を含む、請求項1~20のいずれか1項に記載の装置。
- 前記金属酸化物が、酸化アルミニウム又は二酸化ケイ素の1つ又はそれ以上を含む、請求項21に記載の装置。
- 前記支持材が活性炭を含む、請求項1~22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記支持材が金属有機構造体を含む、請求項1~23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記金属有機構造体がUiO-66である、請求項24に記載の装置。
- 前記基材がテープの形態である、請求項1~25のいずれか1項に記載の装置。
- 前記テープがダイスされたテープである、請求項26に記載の装置。
- 前記基材がチューブの形態である、請求項1~27のいずれか1項に記載の装置。
- 前記基材がディスクの形態である、請求項1~28のいずれか1項に記載の装置。
- 更に、少なくとも1つの付加的な高分子材料を含む、請求項1~29のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの付加的な高分子材料が、前記基材の少なくとも一つの面上に配置された少なくとも1つの高分子膜を含む、請求項30に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの高分子材料がフルオロポリマーを含む、請求項1~29のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの高分子材料が、延伸フルオロポリマーを含む、請求項32に記載の装置。
- 前記延伸フルオロポリマーが延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)である、請求項34に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの高分子材料が、ポリ(エチレン-コテトラフルオロエチレン)(ETFE)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリパラキシリレン(PPX)、ポリ乳酸及びこれらの任意の組合せ又はブレンドを含む、請求項1~32のいずれか1項に記載の装置。
- 前記1つ又はそれ以上の汚染物質が、1つ又は複数のシロキサン、1つ又は複数の脂肪族アルコール、1つ又は複数の芳香族アルコール、1つ又は複数の窒素含有化合物又は1つ又は複数のその他の有機化合物、の1つ又はそれ以上を含む、請求項1~33のいずれか1項に記載の装置。
- 前記1つ又は複数のシロキサンが、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘクサシロキサン、テトラデカメチルシクロヘプタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン又はドデカメチルペンタシロキサン、の1つ又はそれ以上を含む、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ又は複数の脂肪族アルコールが、2-エチル-ヘキサノール又はドデカノールの1つ又はそれ以上を含む、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ又は複数の芳香族アルコールが、ベンジルアルコール又は2-4-ジ-tert-ブチルフェノールの1つ又はそれ以上を含む、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ又は複数の窒素含有化合物が、N-メチル-2-ピロリドン、ジブチルアミン、ジブチルホルムアミド又はカプロラクタム、の1つ又はそれ以上を含む、請求項36に記載の装置。
- 前記1つ又は複数のその他の有機化合物が、トルエン、キシレン、ベンゼン、イソプロピルベンゼン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、ナフタリン、カプロラクタム、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アセトフェノン、ベンズアルデヒド、ヘプタナール、ヘキサナール、オクタヒドロ-4,7-メタノ-1H-インデン、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセチルベンゼン、ブタンジオールアジペート、ジフェニルスルホン、プロピレンカーボネート又はテトラデカン、の1つ又はそれ以上を含む、請求項36に記載の装置。
- 各吸収/脱離サイクルが熱サイクルであり、その間、前記乾燥剤が、-20~150℃の範囲の温度の間で繰り返し加熱冷却されるように構成されている、請求項1~41のいずれか1項に記載の装置。
- 各吸収/脱離サイクルが水分サイクルであり、その間、前記乾燥剤が、前記乾燥剤と空気との間に水分勾配を生じるように20%~95%の相対湿度を持つ空気に曝される、請求項1~41のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの付加的な高分子材料が、前記デバイスから前記囲繞体の中への乾燥剤粒子の移動を単一の高分子材料しか持たないデバイスに比べて50%~97%減少するように構成される、請求項30又は31に記載の装置。
- a)デバイスを入手することと、
b)前記デバイスを、少なくとも部分的に囲繞体の内容積内で、又は前記囲繞体の外部で、前記デバイスと前記囲繞体との間で水分が移動できるように前記囲繞体の充分近くに配置することと、
c)前記囲繞体の前記内容積から前記デバイスの中へ水分を吸収することと、
d)前記デバイスから水分を脱離して、吸収/脱離サイクルを完了することと、
e)ステップc)~d)を繰り返すことと、
を含む、方法であって、
前記デバイスは、乾燥剤が装入された基材を含み、
前記乾燥剤は、塩化カルシウム塩と、支持材と、を含み、
前記基材は少なくとも1つの高分子材料を含み、
前記基材の50~90重量%で前記乾燥剤は装入されており、
前記支持材の20重量%~70重量%は前記塩化カルシウム塩で含浸されており、
前記囲繞体は、前記内容積内に1つ又は複数の汚染物質及び水蒸気を含み、
前記デバイスの水蒸気容量は、384以下の吸収/脱離サイクルを経た後に17%を超えて減少しない、方法。
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