DE112015004556T5

DE112015004556T5 - Seitliche Hüllenentgasung mit axialer Durchleitung

Info

Publication number: DE112015004556T5
Application number: DE112015004556.2T
Authority: DE
Inventors: Yuri Gerner; Carl Sims; Quan Liu
Original assignee: Idex Health and Science LLC
Current assignee: Idex Health and Science LLC
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US20160114264A1; US9700816B2; WO2016069770A3; GB201706545D0; GB2546053A; WO2016069770A2; CN106999800A; JP2017532198A

Abstract

Eine langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung kann als eine Fluidübertragungsleitung zum fluidmäßigen Verbinden von Komponenten in einem Flüssigkeitssystem verwendet werden, während gleichzeitig das Fluid entgast oder ein Rückgasen verhindert wird. Die Entgasungsvorrichtung für die Flüssigkeitsübertragungsleitung bildet eine Schalen- und Rohrentgasungsanordnung, wobei die schalenseitige Fluidströmung durch ein oder mehrere Abstandselemente erleichtert wird, die eine halbdurchlässige Trennmembran in der Schalenkammer zentral positionieren. Der Entgaser kann eine oder mehrere rohrförmige Trennmembranen umfassen, die eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Kontaktfläche bilden, um die Gas-Flüssigkeits-Trennung des Prozessfluids zu bewirken.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Entfernung von aufgenommenen Gasen aus einer Flüssigkeit ist eine wichtige Aufgabe in einer Vielzahl von Fertigungs- und/oder analytischen Prozessen. Ein beispielhaftes Verfahren, bei dem die Flüssigkeitsentgasung weit verbreitet ist, ist in Flüssigchromatographie-Anwendungen. Das Vorhandensein von gelösten Gasen kann bei solchen Anwendungen unerwünscht sein, wobei das Vorhandensein von gelösten Gasen die Funktionalität oder Genauigkeit der Anwendung beeinträchtigen kann.
Im Falle der Flüssigchromatographie ist es zum Beispiel seit langem bekannt, dass die Reduktion der gelösten Luft aus der chromatographischen mobilen Phase von entscheidender Bedeutung für die Stabilität der Systemdurchflussrate und dementsprechend zur korrekten Identifizierung von Verbindungen ist, die durch das HPLC-System separiert werden. Gelöste Gase in der mobilen Phase können sich in Form von Blasen manifestieren, die zu Rauschen und Drift im chromatographischen Detektor führen können. Darüber hinaus kann die Existenz von Gasblasen fehlerhafte Absorptionssignaturen am Detektor verursachen.
Die Entgasung von flüssigen Materialien ist für den Erfolg vieler Prozesse notwendig gewesen, und folglich wurden seit einiger Zeit verschiedene Entgasungssysteme und -verfahren eingesetzt. Die Techniken beinhalten das Erhitzen oder Kochen des zu entgasenden Fluids, das Aussetzen des Materials einer Umgebung mit reduziertem Druck oder Vakuum und die Verwendung von Wärme und Vakuum, um die Menge an gelösten Gasen in der Flüssigkeit zu reduzieren. Die Vakuumentgasung durch eine Trennmembran ist seit langem bekannt und verwendet im allgemeinen eine Länge einer dünnwandigen, semipermeablen synthetischen Polymerbarriere mit relativ kleinem Durchmesser, die in einer geschlossenen Kammer enthalten ist, die unter einem reduzierten Vakuumdruck gehalten wird. Das zu entgasende Fluid wird typischerweise durch das Lumen der röhrenförmigen Membran fließen gelassen. Ein Beispiel solcher Vorrichtung ist in den US Patenten Nr. 5,340,384 , 5,183,483 , 4,430,098 und 3,668,837 gezeigt.
Eine andere Fluidentgasungsvorrichtung wurde zum Entgasen von Fluiden in Fluidtransferleitungen implementiert, die die jeweilige Komponenten von chromatographischen Instrumenten betriebsfähig verbinden. Bei derartigen Systemen können die Fluidtransferleitungen selbst als Rohr-in-Rohr-Entgasungsmittel ausgebildet sein, anstatt die chromatographischen Fluide in eine getrennte Vakuumkammer für eine separate Entgasungsstufe zu leiten. Ein solches Gerät ist in den US-Patenten Nr. 7,713,331 , 7,144,443 und 6,949,132 beschrieben, die dem vorliegenden Anmelder übertragen sind, und deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Während sich solche Transferlinien-Entgasungssysteme als teilweise wirksam erwiesen haben, sind gewisse Einschränkungen mit dem konventionellem Design verbunden. Beispielsweise muss die Transferlinie oftmals zu einer einzigen oder komplexen gekrümmten Anordnung gebogen werden, um in geeigneter Weise zwischen jeweilige Instrumente in einem chromatographischen System passen zu können. Eine solche Biegung der Transferlinie kann dazu führen, dass sich die innere rohrförmige Trennmembran von der Mittelachse der Transferlinie ablenkt und sogar mit dem Außenmantel in Berührung kommt. Eine solche Verschiebung der röhrenförmigen Membran kann Fluidströmungsmuster stören, wodurch die Gasübertragungseffizienz verringert wird. Darüber hinaus ist eine herkömmliche Vorrichtung typischerweise für eine ”röhrenseitige” Entgasung angeordnet, bei der das flüssige Fluid durch das Lumen der rohrförmigen Membran geleitet wird, wobei die rohrförmige Membran in einer evakuierten Kammer angeordnet ist. Die Entgasungsfähigkeit und -effizienz bei einer derartigen Anordnung ist begrenzt und unterliegt einem ”schalenseitigen” Entgasungsansatz, bei dem das flüssige Fluid durch die Kammer in umgebender Beziehung zu der rohrförmigen Trennmembran mit einer reduzierten Druck- oder Spülgasumgebung geleitet wird, das in dem Lumen der röhrenförmigen Trennmembran eingestellt ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine radiale Abstützung zum im wesentlichen zentralen Positionieren einer oder mehrerer rohrförmiger Entgasungsmembranen innerhalb eines Außenmantels vorzusehen. Der radiale Träger kann eine unerwünschte Auslenkung der röhrenförmigen Trennmembran verhindern und kann auch die Verwendung von dünnwandigen Rohrmembranen ermöglichen, die strukturell innerhalb des Außenmantels gelagert sind. Die Verringerung der Wanddicke der rohrförmigen Membran kann erhebliche Kosten für die gesamte Vorrichtung einsparen.
Kurzfassung der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung kann flüssiges Fluid in verschiedenen Übertragungslinien wirksam entgast werden, die sich zwischen jeweiligen Komponenten in einem zugeordneten Fluidströmungssystem erstrecken. Die Übertragungslinien der vorliegenden Erfindung können als axial angeordnete einzelne Entgasungseinheiten mit einem länglichen Außenmantel und einer oder mehreren rohrförmigen Trennmembranen konfiguriert sein, die in einer Kammer angeordnet sind, die durch den Außenmantel definiert ist. Die rohrförmige Trennmembran ist vorzugsweise physisch in einer Weise gelagert, die Membran in einer beabstandeten Beziehung von einer Innenfläche des Außenmantels zu halten, wobei ein radialer Spalt radial zwischen der Membran und der Innenfläche des Mantels definiert ist. Durch die Lagerung der einen oder mehrerer rohrförmigen Trennmembranen in beabstandeter Beziehung zu der Innenfläche des Außenmantels wird eine effiziente und replizierende schalenseitige Entgasung durch einen gleichmäßigen Flüssigkeitsströmungsraum um das eine oder die mehreren Trennrohre erleichtert.
Der Träger, der außerhalb der rohrförmigen Trennmembran vorgesehen ist, kann ferner eine reduzierte Membranwanddicke für reduzierte Materialkosten und eine möglicherweise erhöhte Entgasungsleistung ermöglichen.
In einer Ausführungsform umfasst eine langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen äußeren flexiblen, flüssigkeitsundurchlässigen Mantel mit einer inneren Oberfläche, die eine Mantelkammer entlang einer zentralen Achse des Mantels definiert und eine Einlassöffnung zur Mantelkammer und eine Auslassöffnung zur Mantelkammer aufweist. Der Mantel hat ein Aspektverhältnis von mindestens zwei. Die langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung umfasst ferner eine rohrförmige Membran, die sich axial in der Mantelkammer entlang einer gegenseitigen axialen Länge erstreckt, die mit der Mittelachse übereinstimmt. Die röhrenförmige Membran hat ein erstes offenes Ende, wobei die Membran eine Luminalachse definiert, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse ist. Die röhrenförmige Membran bildet eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen der Mantelkammer und dem Lumen. Ein oder mehrere Abstandshalterelemente sind radial zwischen der Membran und dem Mantel in der Mantelkammer im Wesentlichen entlang der Gesamtheit der gemeinsamen axialen Länge angeordnet, um die Membran in einer Raumbeziehung von der Innenfläche des Mantels zu halten. Zwischen der Membran und der Innenfläche des Mantels ist radial ein radialer Spalt definiert.
In einigen Ausführungsformen ist eine erste Kopplereinheit vorgesehen, um einen Fluideinlass mit dem radialen Spalt durch die Einlassöffnung des Mantels fluidmäßig zu verbinden sowie das Lumen mit einem Gasströmungsweg durch das erste offene Ende der rohrförmigen Membran fluidmäßig zu verbinden. Die Vorrichtung kann ferner eine zweite Kopplereinheit umfassen, die einen Fluidauslass mit dem radialen Spalt durch die Auslassöffnung des Mantels fluidmäßig verbindet.
Ein Verfahren zum Entgasen eines flüssigen Fluids umfasst das Vorsehen der oben beschriebenen langgestreckten Fluidentgasungsvorrichtung und das Evakuieren des Lumens durch das erste offene Ende der röhrenförmigen Membran entlang des Gasströmungsweges. Das Verfahren umfasst ferner das Führen des flüssigen Fluids durch den Fluideinlass und in Kontakt mit der Membran in der Mantelkammer und danach das Zuführen des flüssigen Fluids aus der Mantelkammer durch den Fluidauslass.
Ein weiteres Verfahren zum Entgasen eines flüssigen Fluids umfasst das Bereitstellen der langgestreckten Fluidentgasungsvorrichtung, wie oben beschrieben, und Durchleiten eines Spülgases durch das Lumen entlang des Gasströmungsweges. Diese Verfahren umfasst auch das Führen des flüssigen Fluids durch den Fluideinlass und in Kontakt mit der Membran in der Mantelkammer und danach das Ausgeben des flüssigen Fluids aus der Mantelkammer durch den Fluidauslass.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Entgasungssystem zum Entgasen eines flüssigen Fluids eine flüssige Fluidquelle und eine Entgasungsvorrichtung, die einen äußeren Mantel mit einer inneren Oberfläche umfasst, der eine Mantelkammer entlang einer zentralen Achse des Mantels definiert, wobei der Mantel eine Einlassöffnung zur Mantelkammer und eine Austrittsöffnung zur Mantelkammer aufweist. Die Entgasungsvorrichtung umfasst ferner eine rohrförmige Membran, die sich axial in der Mantelkammer erstreckt und ein erstes offenes Ende aufweist. Die röhrenförmige Membran definiert eine Luminalachse, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse ist. Die röhrenförmige Membran bildet eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen der Mantelkammer und dem Lumen. Ein oder mehrere Abstandselemente sind radial zwischen der Membran und dem Mantel in der Mantelkammer angeordnet, um die Membran in einer beabstandeten Beziehung von der Innenfläche des Mantels zu halten. Zwischen der Membran und der Innenfläche des Mantels ist radial ein radialer Spalt definiert. Das Entgasungssystem umfasst ferner einen Übertragungskanal, der die flüssige Fluidquelle fluidmäßig mit der Einlassöffnung des Mantels verbindet, und eine Pumpe zum Führen des flüssigen Fluids von der flüssigen Fluidquelle durch die Mantelkammer des Außenmantels. Eine Vakuumquelle evakuiert das Lumen durch das erste offene Ende der röhrenförmigen Membran, um eine Antriebskraft zum Entgasen des flüssigen Fluids zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Darstellung eines Entgasungssystems der vorliegenden Erfindung;
1B ist eine schematische Darstellung eines Entgasungssystems der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Teils der Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Endansicht des Teils der in 6 dargestellten Entgasungsvorrichtung;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
9A ist eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer Entgasungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
9B ist eine Endansicht des Teils der in 9A dargestellten Entgasungsvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die oben aufgezählten Aufgaben und Vorteile werden zusammen mit anderen Zielen, Merkmalen und Vorteilen, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, nun in Form von detaillierten Ausführungsformen dargestellt, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen der Figuren für verschiedene mögliche Konfigurationen der Erfindung als repräsentativ beschrieben sind. Andere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden als innerhalb des Verständnisses des Durchschnittsfachmanns liegend angesehen.
Eine Fluidentgasungsvorrichtung, wie sie hierin beschrieben ist, umfasst eine äußere Barriere, die eine innere Kammer definiert, in der eine im Wesentlichen rohrförmige Trennmembran angeordnet ist, um die Kammer in eine Permeatseite und eine Retentatseite zu trennen. Die Retentatseite der Kammer ist für einen Fluidmembrankontakt entlang eines Fluidströmungsweges zwischen einem Einlass und einem Auslass der Vorrichtung konfiguriert. Eine Entgasungsumgebung kann an der Permeatseite der Kammer hergestellt werden, um eine Antriebskraft für das Zielgas zu entwickeln, das durch die Membran aus dem Fluid transportiert werden soll. Die Entgasungsumgebung kann infolge einer Pumpe, die die Permeatseite der Kammer durch eine Evakuierungsöffnung in der Vorrichtung evakuiert, bei reduziertem atmosphärischen Druck sein.
Für die hier vorliegenden Zwecke bedeutet der Begriff „Fluid” jedes Material, das fließfähig ist, einschließlich einer Flüssigkeit, eines Gases und Kombinationen davon. Das Fluid wird vorzugsweise entlang eines Fluidströmungsweges durch die Entgasungsvorrichtung entlang Kanälen, Spalten, Wänden und anderen Strukturen geführt, die zumindest teilweise Grenzen des Fluidstroms definieren.
Eine schematische Darstellung eines Fluidentgasungssystems 10 ist in den 1A und 1B gezeigt, wobei das System 10 eine Fluidpumpe 12 umfasst, um flüssiges Fluid von einem oder mehreren Reservoirs 14 entlang eines Zuführpfads 16 zu einer chromatographischen Säule 18 zu führen. Typischerweise wird das flüssige Fluid durch ein Ventil 20 dosiert. Eine Übertragungsleitungsentgasungsvorrichtung 22 kann dazu dienen, Gas aus dem flüssigen Fluid zu entfernen und/oder eine erneute Begasung des flüssigen Fluids aus der Umgebung zu verhindern. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, enthält die Entgasungsvorrichtung 22 eine oder mehrere Membranen zum Trennen von Gas aus der Flüssigkeit, das in dem Fluid enthalten ist. Der Fluidzuführströmungsweg 16 leitet Fluid durch einen Fluideinlass 24 der Entgasungsvorrichtung 22 und von dort entlang eines Entgasungsflussweges durch die Entgasungsvorrichtung 22 zu einem Fluidauslass 26. Behandelte Flüssigkeit, die ein flüssiges Fluid oder ein Fluid mit reduzierter Gaskonzentration sein kann, wird an die für die Anwendung geeignete stromabwärtige Ausrüstung, wie ein Einspritzventil, eine chromatographische Säule 18 oder eine andere chromatographische Ausrüstung ausgegeben.
Das Fluidentgasungssystem 10 kann eine Vakuumpumpe 30 zum Evakuieren einer Permeatseite einer Kammer innerhalb der Entgasungsvorrichtung 22 umfassen. Die Vakuumpumpe 30 ist mit einer Öffnung 32 in der Entgasungsvorrichtung 22 fluidmäßig verbunden, die sich zur Permeatseite der Kammer öffnet. Eine Steuerung 34 kann kommunikativ mit der Vakuumpumpe 30 oder der Fluidpumpe 12 oder mit beiden sowie mit einem Drucksensor 36 in der Permeatseite der Kammer innerhalb der Entgasungsvorrichtung 22 verbunden sein. Der Drucksensor 36 ist in der Lage, ein Signal an die Steuerung 34 zu senden, um eine Vakuumpumpe 30 oder eine Fluidpumpe 12 oder mehrere davon einstellbar zu betreiben, um eine gewünschte Ausgewogenheit der Fluidströmungsrate und der Permeatseitenumgebung in der Entgasungsvorrichtung 22 zu erreichen.
In der Ausführungsform von 1B kann eine Vielzahl von verschiedenen Fluidzufuhrströmungswegen 16a–16c aus verschiedenen Fluidreservoiren 14a–14c eingerichtet werden. Bestimmte Anwendungen umfassen mehrere unterschiedliche Fluide für die Analyse, und jedes Fluid wird wünschenswerterweise vor der Abgabe an die chromatographische Säule 18 oder eine andere stromabwärtige Komponente entgast. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Übertragungsleitungsentgasungsvorrichtungen 22a–22c zum Entgasen von Fluid verwendet werden, das von jedem einzelnen Reservoir 14a–14c entnommen wird, und das resultierende entgaste Fluid wird zu einem Dosierventil 20 geleitet. Um eine einzelne Vakuumpumpe 30 zu verwenden, kann ein Vakuumverteiler 31 die verschiedenen Gasabgabeleitungen von jeder Entgasungsvorrichtung 22 kombinieren. Somit kann der Vakuumverteiler zwischen der Vakuumpumpe 30 und den einzelnen Transferleitungsentgasern 22 angeordnet sein.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Entgasungsvorrichtung 22 der vorliegenden Erfindung ist in 2 dargestellt. Die Entgasungsvorrichtung 22 ist vorzugsweise als durchströmter, langgestreckter Übertragungsleitungsentgaser mit einem Flüssigfluideinlass 42 und einem Flüssigfluidauslass 44 angeordnet. Eine erste Öffnung 46 kann fluidmäßig mit einer Pumpe verbunden sein, wie beispielsweise einer Vakuumpumpe 30 zum Evakuieren einer Permeatseite einer Kammer innerhalb der Entgasungsvorrichtung 22. Der erste Anschluss 46 definiert einen Teil eines Gasströmungswegs 47, entlang dessen Gas durch die Entgasungsvorrichtung 22 transportiert wird. Wenn er fluidmäßig mit der Vakuumpumpe 30 gekoppelt ist, wird Gas aus der Entgasungsvorrichtung 22 durch den Anschluss 46 geführt. In einigen Ausführungsformen bildet ein zweiter Anschluss 48 einen Teil des Gasströmungswegs 47, wie beispielsweise einen Gaseinlass. Gas, das entlang des Gasströmungswegs 47 durch den zweiten Anschluss 48 strömt, kann ein Make-up-Gas, wie Luft, oder ein Spülgas, wie Stickstoff, Helium oder andere Gase umfassen, um eine Entgasungsantriebskraft über die Membran zu bewirken. Aufnahmen 50 können bei der Montage der Entgasungsvorrichtung 22 in einem System, wie einem Fluidentgasungssystem 10, nützlich sein.
Eine Querschnittsansicht der Entgasungsvorrichtung 22 ist in 3 dargestellt, wobei eine rohrförmige, halbdurchlässige Trennmembran 56 sich axial in einer Mantelkammer 54 erstreckt, die durch einen Außenmantel 52 definiert ist. Eine erste Kopplereinheit 60 stellt vorzugsweise die fluidischen Wege und Verbindungen für das flüssige Fluid, um die Retentatseite der Membran zu kontaktieren, und für das abgetrennte Gas her, das von der Permeatseite der Membran entfernt werden soll. In einigen Ausführungsformen ist die erste Kopplereinheit 60 ein einzelner Körper, der aus einem inerten Material geformt oder gegossen werden kann, das für den Kontakt mit dem flüssigen Fluid geeignet ist. Wie in der vergrößerten Querschnittsansicht der ersten Kopplereinheit 60 in 4 gezeigt ist, wirkt eine erste Fluidleitungsaufnahme 62 als Fluideinlass 42 für die Entgasungsvorrichtung 62, wobei eine Fluidleitung in der Aufnahme 62 über eine Schraubverbindung oder anderweitig aufgenommen werden kann und Fluid von der Leitung zu einem Flüssigfluidkanal 64 entlang einer Fluidströmungsbahn 66 transportiert wird. Dieser Fluidströmungspfad 66 ist auch schematisch in 1 als ein Teil des Fluidzuführströmungswegs 16 gezeigt.
Der erste Anschluss 46 kann eine Öffnung in einem Hakenfitting sein, wobei ein Widerhakenende 70 in einem Lumen eines Schlauches oder einer anderen Leitung zum Fördern von Gas zu beispielsweise einer Vakuumpumpe 30 befestigt werden kann. Das Hakenfitting 68 definiert einen Kanal 72, der einen Teil des Gasströmungswegs 47 bildet. Das Hakenfitting 68 kann direkt in die erste Verbindungsaufnahme 63 der Kopplereinheit 60 geschraubt sein oder, wie in 4 dargestellt, in der ersten Verbindungsaufnahme 63 mit einer Mutter 74 befestigt sein, die an einem Lagerflansch 69 oder einem Hakenfitting 68 anliegt. Diese Anordnung kann auch dazu dienen, die rohrförmige Membran in der ersten Kopplereinheit 60 zu sichern, wobei eine elastische Hülse 76 um die Membran 56 und gegen die Anschlagfläche 78 der ersten Kopplereinheit 60 durch die Kraft der Mutter 74 gedrückt wird, die in der ersten Verbindungsaufnahme 63 verschraubt ist. Die Hülse wirkt also sowohl, um die Membran 56 an Ort und Stelle zu sichern, als auch den geschlossenen Kanal 72 zu versiegeln, sodass ein flüssiges Fluid, das entlang des Fluidströmungsweges 66 strömt, daran gehindert wird, in den Kanal 72 einzutreten und durch den ersten Anschluss 46 auszutreten.
Darüber hinaus verhindert der dichtende Eingriff zwischen der Hülse 76 und der Membran 56, dass Gas, das entlang des Gasströmungswegs 47 strömt, in den Fluidströmungsweg 66 eintritt.
Der Außenmantel 52 kann in ähnlicher Weise an der ersten Kopplereinheit 60 in der zweiten Verbindungsaufnahme 80 befestigt sein, wobei die Mutter 82 in eine zweite Verbindungsaufnahme 80 geschraubt werden kann, um eine elastische Hülse 84 um den Außenmantel 52 und gegen die Anschlagfläche 86 der ersten Kopplereinheit 60 zu drücken. Die Kraft der Mutter 82 gegen die Hülse 84 wird teilweise gegen den Außenmantel 52 übertragen, um dadurch den Außenmantel 52 in der zweiten Anschlussaufnahme 80 zu sichern. Der Außenmantel 52 kann auch an der zweiten Kopplereinheit 61 mit ähnlichen Komponenten und Verfahren befestigt werden. In einigen Ausführungsformen ist die zweite Kopplereinheit 61 im Wesentlichen identisch mit der ersten Kopplereinheit 60. Eine Isolationsansicht der ersten Kopplereinheit 60 ist in 5 dargestellt.
Der Außenmantel 52 weist eine Innenfläche 102 auf, die eine Mantelkammer 104 entlang einer Mittelachse 106 des Außenmantels 52 definiert. Eine Einlassöffnung 108 des Außenmantels 52 öffnet sich zur Mantelkammer 104 und eine Auslassöffnung 110 des Außenmantels 52 öffnet sich zur Mantelkammer 104, wobei eine Zwischenkammer 104 zwischen der Einlassöffnung 108 und der Auslassöffnung 110 hergestellt werden kann. Der Außenmantel 52 kann vorzugsweise eine langgestreckte Struktur sein, die als eine Leitung zum Fördern von flüssigem Fluid zwischen Stufen in einem Flüssigkeitssystem, wie zwischen dem Reservoir 14 und der Fluidpumpe 12 dient. Der Außenmantel 52 kann daher ein Aspektverhältnis von mindestens 2:1 aufweisen, das als das Verhältnis einer Länge 112 des Außenmantels 52 zu einer Breite oder einem Durchmesser 114 des Außenmantels 52 definiert ist. Typischerweise kann der Außenmantel 52 ein Aspektverhältnis von mindestens 5:1 und in einigen Ausführungsformen mindestens 10:1 aufweisen.
Die Membran 56 erstreckt sich axial in der Mantelkammer 104 entlang einer gemeinsamen axialen Länge 116. Für die Zwecke hier bedeutet der Begriff „gemeinsame axiale Länge” die Länge entlang der Mittelachse 106, in der die Membran 56 in der Mantelkammer 104 angeordnet ist. In typischen Ausführungsformen kann sich die Membran 56 kontinuierlich entlang einer Gesamtlänge 112 des Außenmantels 52 erstrecken, wobei die gemeinsame axiale Länge 116 im Wesentlichen gleich der Länge 112 des Außenmantels 52 ist. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die Länge 112 des Außenmantels 52 größer sein als die gemeinsame axiale Länge 116.
Die Membran 56 kann vorzugsweise rohrförmig ausgebildet sein, so dass sie ein Aspektverhältnis von mindestens 2:1 aufweist. Es wird jedoch in Erwägung gezogen, dass die Membran 56 andere Konfigurationen zum Trennen der Mantelkammer 104 in eine Retentatseite und eine Permeatseite mit der das flüssige Fluid kontaktierenden Membran 56 auf der Retentatseite zur Trennung von Gas von der Flüssigkeit in die Permeatseite annehmen kann. Ein Beispiel einer solchen alternativen Konfiguration kann eine im Wesentlichen ebene Membran 104 sein, die Mantelkammer in eine Retentatseite und eine Permeatseite teilt. In den dargestellten Ausführungsformen ist die Membran 56 rohrförmig und erstreckt sich axial in der Mantelkammer 104. Die rohrförmige Membran 56 weist ein erstes offenes Ende 118 auf und definiert ein Lumen 120 mit einer Luminalachse 122, die im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 104 ist und im Wesentlichen mit der Mittelachse 104 koextensiv sein kann. Als solches kann sich die Membran 56 im Wesentlichen koaxial und/oder konzentrisch innerhalb des Außenmantels 52 erstrecken und kann in ihrer relativen Lage in der Mantelkammer 104 in Bezug auf den Außenmantel 52 durch ein oder mehrere Abstandselemente 130, die radial zwischen der Membran 56 und dem Außenmantel 52 in der Mantelkammer 104 angeordnet sind, gelagert sein.
In der beschriebenen beispielhaften Anordnung kann das Lumen 120 durch das offene Ende 118 der Membran 56 mit einer Fluidverbindung zwischen dem offenen Ende 118 der Membran 56 und der Vakuumpumpe 30 evakuiert werden. Wie oben beschrieben, kann eine derartige Fluidverbindung an der ersten Kopplereinheit 60 ausgeführt werden. Nach dem Evakuieren kann das Lumen 120 eine Antriebskraft zum Entgasen von flüssigen Fluiden bereitstellen, die die Membran 56 auf einer Retentatseite der Kammer, zwischen der Membran 56 und der inneren Oberfläche 102 des Außenmantels 52 berühren. Das Henry'sche Gesetz des Partialdrucks regelt die Trennantriebskraft, wobei Gas, das in flüssigen Fluiden eingeschlossen ist, die durch die Mantelkammer 104 auf der Retentatseite der Membran 56 hindurchgehen, dazu neigen wird, durch die semipermeable Membran 56 in die Umgebung im Lumen 120 mit relativ niedrige Druck gezogen zu werden. Das aus dem flüssigen Fluid in das Lumen 120 durch die Membran 56 gezogene Gas wird nachfolgend aus dem Lumen 120 durch das offene Ende 118 unter Mithilfe von beispielsweise der Vakuumpumpe 30 entfernt. Eine solche Anordnung kann als ”Außen-in” Vakuumentgasung bezeichnet werden.
Das diffundierte Gas kann auch oder stattdessen aus dem Lumen 120 der Membran 56 mit einer Spülflüssigkeit evakuiert werden. In einer besonderen Ausführungsform kann ein zweites offenes Ende 119 in der Membran 56 vorgesehen sein, so dass Umgebungsluft oder ein anderes Fluid durch das Lumen 120 gezogen werden kann, um diffuses Gas durch das erste offene Ende 118 mitzureißen und auch eine Lösungsmittelkondensation innerhalb des Lumens 120 als Ergebnis der Lösungsmittelpervaporation durch die Membran 56 zu verhindern. In anderen Ausführungsformen kann das Ende 119 geschlossen sein, so dass die rohrförmige Membran 56 nur am ersten offenen Ende 118 offen ist.
Eine Spülflüssigkeit kann in gasförmiger oder flüssiger Form vorliegen und fließt vorzugsweise angrenzend an das zu entgasende flüssige Fluid, aber durch die Wand der Trennmembran 56 getrennt. In einigen Ausführungsformen strömt ein derartiges Durchlauffluid entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Fluids, das entgast wird, so dass der Wirkungsgrad der Flüssigkeitsentgasung erhöht wird. Um das flüssige Fluid wirksam zu entgasen, weist die Spülflüssigkeit vorzugsweise einen relativ niedrigen Partialdruck (Gas) oder Konzentration (Flüssigkeit) in Bezug auf die Zielgas-Spezies auf, die operativ aus dem flüssigen Fluid entfernt ist.
In Bezug auf die dargestellte Ausführungsform kann das zu entgasende, flüssige Fluid durch den Flüssigfluideinlass 42 entlang des Fluidströmungswegs 66 und in die Mantelkammer 54 zum Kontakt auf einer Retentatseite der Membran 56 geleitet werden. Eine Spülflüssigkeit kann durch den zweiten Anschluss 48 der zweiten Kopplereinheit 61 und danach in das zweite offene Ende 119 der Membran 56 in die Vorrichtung 22 gebracht werden. Die Spülflüssigkeitsströmung wird entgegengesetzt durch die Vorrichtung 22 innerhalb des Lumens 120 der Membran 56 und schließlich aus der Vorrichtung 22 durch das erste offene Ende 118 und den Anschluss 46 der ersten Kopplereinheit 60 geleitet. Die Zielgaskonzentration, die in einem bestimmten der ersten und zweiten Fluide betriebsfähig entgast werden soll, sollte in der vorgesehenen Entfernungsflüssigkeit höher sein als in der Empfangsflüssigkeit, um die Übertragung des Zielgases durch die eine oder mehreren semipermeablen Membranen 56 zu ermöglichen. Wenn beispielsweise das Zielgas aus dem flüssigen Fluid, das um die rohrförmige Membran 56 in der Mantelkammer 54 herum fließt, entfernt werden soll, sollte das zweite Fluid, das durch das Lumen 120 hindurchgeht, eine Zielgaskonzentration aufweisen, die niedriger als die des ersten flüssigen Fluids ist. Wenn solche Bedingungen vorliegen, entfernt die Spülflüssigkeit wenigstens einen Teil des in dem ersten flüssigen Fluid mitgerissenen Gases. Es wird auch durch die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen, dass die hier beschriebene Vorrichtung zum Entgasen eines oder mehrerer flüssiger Fluide auch zur Verhinderung der Wiederbegasung solcher Fluide verwendet werden kann. Zum Beispiel kann ein Fluid, das zuvor im Wesentlichen entgast worden ist, durch die Entgasungsvorrichtung 22 geleitet werden, so dass für die gemeinsame axiale Länge 116 das flüssige Fluid, das durch die Mantelkammer 104 geführt wird, keine unerwünschten gasförmigen Komponenten oder zumindest unerwünschte Konzentrationen davon absorbiert. Ein solcher Aspekt ist wichtig, wo vorentgaste Flüssigkeiten von einer Quelle zu einem Ziel übertragen werden müssen, ohne gasförmige Komponenten darin zu absorbieren. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht daher einen derartigen Transport von vorentgasten Fluiden ohne Gefahr einer Wiederbegasung aufgrund der Tatsache, dass die reduzierte Druckumgebung an der Permeatseite der Kammer verhindert, dass gasförmige Komponenten in den flüssigen Fluidstrom eindringen. Auf diese Weise kann die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Fluidbehandlungsvorrichtung bezeichnet werden, die verwendet werden kann, um Fluide zu entgasen und/oder die Wiederbegasung solcher Fluide in einer Übertragungsleitungsvorrichtung zu verhindern.
Der Außenmantel 52 ist flüssigkeitsundurchlässig, um flüssige Fluide durch die Mantelkammer 104 aufzunehmen und zu transportieren. Der Außenmantel kann im Wesentlichen flüssig- und gasundurchlässig sein und kann weniger gasdurchlässig sein als die gesamte Gaspermeabilität der Membran 56, einschließlich der Gesamtgaspermeabilität einer Vielzahl von Membranen 56 in der Mantelkammer 104. Beispielmaterialien, die für den Außenmantel 52 geeignet sind, umfassen Tefzel^® (ein modifiziertes ETFE), PEEK, FEP, PFE, Tygon^® (ein Polymermaterial, das von Saint Gobain Performance Plastics von Akron, Ohio erhältlich ist) und dergleichen. Das äußere Rohr 52 kann vorzugsweise gegenüber dem flüssigen Fluid inert sein, um unerwünschte Reaktionen und/oder Verunreinigungen mit dem flüssigen Fluid zu vermeiden. Darüber hinaus kann das äußere Rohr 52 vorzugsweise flexibel sein, um eine Manipulation der Übertragungsleitungsvorrichtung mit geringem Aufwand und ohne wesentliche Gefahr einer Beschädigung des äußeren Rohrs 52 zu ermöglichen. Somit können einige Ausführungsformen der Übertragungsleitungsvorrichtung durch den Benutzer in eine breite Vielfalt von Konfigurationen manipuliert werden, um sich am besten an die gewünschte Anwendung anzupassen.
Die Membran 56 kann in Form einer oder mehrerer Längen des Rohres vorliegen, um eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen der Mantelkammer 104 (Retentatseite) und dem Lumen 120 zu bilden. Die Membran 56 ist daher vorzugsweise ”halbdurchlässig”, da sie für Flüssigkeiten im Wesentlichen undurchlässig ist, während sie für Gase durchlässig sind. In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist die Membran 56 nicht porös und erlaubt einen Komponententransport durch einen Lösungsdiffusionsmechanismus, anstatt einen Knudsen-Diffusionsmechanismus durch einen mittleren freien Weg. Die Membran 56 kann aus einem oder mehreren Materialien hergestellt sein, einschließlich einer oder mehreren Schichten oder in Verbundform. Beispielhafte Membranmaterialien, die bei der Herstellung der semipermeablen Membran 56 nützlich sind, umfassen Silikonkautschuke, Polytetrafluorethylen, amorphe Fluorpolymere (wie Teflon^®AF von E. I. du Pont de Nemours und Company of Wilmington, Delaware) und andere Polymer- und Nicht-Polymermaterialien. Die Trennmembran kann für eine spezifische Anwendung durch bekannte Permeationsraten für bestimmte gasförmige Spezies sowie bekannte Selektivitätswerte qualifiziert werden.
Die Abstandselemente 130 können radial zwischen der Membran 56 und dem Außenmantel 52 in der Mantelkammer 104 im Wesentlichen entlang einer Gesamtheit der gemeinsamen axialen Länge 116 angeordnet sein, um die Membran 56 in einem beabstandeten Verhältnis von der Innenfläche 102 des Außenmantels 52 zu halten. Die Abstandshalterelemente 130 definieren einen radialen Spalt 132, der radial zwischen der Membran 56 und der inneren Oberfläche 102 des äußeren Mantels 52 definiert ist. Die Abstandselemente 130 können unterschiedliche Körper sein, die axial in der Mantelkammer 104 angeordnet sind und in Umfangsrichtung um die Mittelachse 106 herum beabstandet sind, um eine relativ radial zentrale Position für die Membran 56 in der Mantelkammer 104 aufrechtzuerhalten. In anderen Ausführungsformen können das eine Abstandselement oder die mehreren Abstandselemente 130 integral mit dem Außenmantel 52 und/oder der Membran 56 ausgebildet sein. Bei der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Abstandselementen 130 um die Mittelachse 106 umlaufend herum angeordnet und erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 106. Die Abstandselemente 130 sind in dieser Ausführungsform ein integral co-extrudierter Körper mit einem Außenmantel 52 und bilden einen Vorsprung oder eine ”Rippe”, die sich im Wesentlichen radial nach innen von der Innenfläche 102 des Außenmantels 52 durch eine Abstandselementabmessung 134 erstreckt.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Abstandselementabmessung 134 im Wesentlichen gleich, aber etwas kleiner als der Spalt 132 sein kann, wobei die Membran 56 nach der Herstellung des Außenmantels 52 in die Mantelkammer 104 eingeführt werden kann, ohne dass beschädigende Reibungskräfte oder Stoßkräfte auftreten. Jedes der Abstandselemente 130 kann eine äquivalente Abstandselementabmessung 134 aufweisen oder kann stattdessen unterschiedliche jeweilige Abstandselementabmessungen 134 aufweisen, um eine gewünschte Position der Membran 56 im Mantelkanal 104 aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen können die Abstandselemente 130 so konfiguriert und angeordnet sein, dass sie die Membran 56 koaxial innerhalb der Mantelkammer 104 positionieren, wobei die Luminalachse 122 im Wesentlichen koaxial zur Mittelachse 106 ist. Bei einer derartigen Anordnung können Fluidkanäle 136 um die Membran 56 in der Mantelkammer 104 ausgebildet sein, damit das flüssige Fluid durch die Mantelkammer 104 in Kontakt mit der Membran 56 strömt. In einigen Fällen kann jeder Strömungskanal 136 im Wesentlichen äquivalent in Form und Länge sein, sowie eine gleichförmig in Form und Länge, um so einen im Wesentlichen gleichen Strömungswiderstand für ein durchströmendes flüssiges Fluid zu schaffen. Der Spalt 132 ist zwischen der Membran 56 und einem Kanalbereich 138 der Innenfläche 102 des Außenmantels 52 definiert, wobei der Kanalbereich 138 der Innenfläche 102 als der Abschnitt der Innenfläche 102 an einem Strömungskanal 136 definiert ist. Typischerweise können solche Kanalbereiche 138 in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Abstandselementen 130 definiert sein.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kontrolle der Abmessungen des Spalts 132 und insbesondere der Abstandsabmessungen zwischen der Innenfläche 102 des Außenmantels 52 und der Trennmembran 56. Der Anmelder hat entdeckt, dass die Kontrolle des Spaltes 132 und ein entsprechender Trennungsabstand die Entgasungsfähigkeit in einer Durchflussentgasungsvorrichtung 22 drastisch verbessern kann. Um eine korrekte Positionierung der rohrförmigen Trennmembran 56 in der Mantelkammer 104 zu unterstützen, können ein oder mehrere Abstandselemente 130 in der Mantelkammer 104 angeordnet sein, um wenigstens einen vorbestimmten Abstand zwischen der inneren Oberfläche 102 des äußeren Mantels 52 und der rohrförmigen Trennmembran einzustellen und/oder aufrechtzuerhalten 56. In einigen Ausführungsformen sind die Abstandselemente 130 mit dem Außenmantel 52 verbunden und erstrecken sich von der Innenfläche 102 um eine Abstandselementabmessung 134, die im Wesentlichen dem vorbestimmten Abstand entspricht. In anderen Ausführungsformen, wie sie in 8 dargestellt sind, können ein oder mehrere Abstandselemente 150 mit der röhrenförmigen Membran 56 verbunden sein und sich von einer äußeren Oberfläche 57 um eine Abstandselementabmessung 154 erstrecken. Um die Entgasungseffizienz zu erhöhen, sollte der Gastransportwiderstand reduziert werden. Bei Membran-Vakuum-Entgasungsanwendungen leitet sich der Transportwiderstand primär aus der Flüssigphase und der Membran ab. Um den Flüssigphasen-Transportwiderstand zu reduzieren, wird der Spalt 132 (die Lösungsmitteltiefe) reduziert. Jedoch erhöht ein kleinerer Spalt 132 den Strömungswiderstand des flüssigen Fluids durch die Mantelkammer 104 und kann auch Schwierigkeiten bei der Herstellbarkeit verursachen. Somit wird vorzugsweise ein Kompromiss gesucht zwischen den Bemühungen der Verringerung der Größe des Spaltes 132, während gleichzeitig ein ausreichend Abstand zwischen der Membran 56 und der inneren Oberfläche 102 an den Kanalbereichen 138 aufrechterhalten wird, um den entsprechenden Anstieg des Druckabfalls in dem flüssigen Fluidstrom durch die Mantelkammer 104 zu begrenzen. Andere Konfigurationsdetails können eingesetzt werden, um zu helfen, den Flüssigkeitsphasenwiderstand zu reduzieren, wie durch lokales Mischen in der flüssigen Phase.
Um den Druckabfall entlang der Mantelkammer 104 in den Fluidkanälen 136 zu berechnen, verwenden wir die Darcy-Weisbach-Gleichung:
Wobei

Δp: = Druckverlust durch Reibung
L: = Länge der Mantelkammer 104 entlang der gemeinsamen axialen Länge 116
D: = hydraulischer Durchmesser der Mantelkammer 104 entlang der gemeinsamen axialen Länge 116
ρ: = Dichte des Fluids
V: = mittlere Strömungsgeschwindigkeit
_D: = Darcy Reibungsfaktor

In Anbetracht der Annulusbildung des Strömungsmusters (D = D1 – D2 = 2l) (D1 ist die größere Zylinder-ID, D2 ist die kleinere Zylinder-OD und l ist die Lücke), der Druckabfall ist
Der Druckabfall ist daher umgekehrt proportional zur dritten Potenz des Spaltes 132. Der Anmelder hat festgestellt, dass eine geeignete Abmessung für den Spalt 132 als der radiale Abstand zwischen der Trennmembran 56 und der inneren Oberfläche 102 des äußeren Mantels 52 an den Kanalbereichen 138 abgeleitet werden kann. Ein solcher Abstand kann durch jeweilige Abstandselementabmessungen 134, 154 der Abstandselemente 130, 150 gesteuert werden. Der Anmelder hat festgestellt, dass die Abstandselementabmessungen 134, 154 vorzugsweise zwischen 5–500 Mikrometer liegen können. Während die Abstandselementabmessungen 134, 154 nicht genau gleich dem tatsächlichen Abstand der Membran 56 von der Innenfläche 102 des Außenmantels 52 an den Kanalbereichen 138 sein können, stellen das Vorhandensein und die Abmessungen der Abstandselemente 130, 150 bevorzugte radiale Abmessungen für einen derartigen Abstand dar, um ein Gleichgewicht zwischen Reduktions- und Gastransportwiderstand zu erzielen und eine Erhöhung des Druckabfalls durch die Mantelkammer 104.
Es versteht sich, dass der Spalt 132 als ein Kanal oder ein anderer Strömungsbereich definiert werden kann, in dem das flüssige Fluid in Kontakt mit einer Retentatseite der Trennmembran 156 fließen kann. Die Abstandselemente 130, 150 sind Beispiele für verschiedene Strukturen, die wirksam sind, um einen gewünschten Abstand zwischen der röhrenförmigen Trennmembran 56 und ihren radial benachbarten Oberflächen aufrechtzuerhalten. Ein solcher radialer Abstand stellt Fluidströmungskanäle radial außerhalb der rohrförmigen Trennmembran 56 bereit. Das Vorhandensein derartiger Strömungskanäle bewirkt, den Flüssigphasentransportwiderstand des Gases zu der Trennmembran zu reduzieren, und die kalibrierten Abstandsabmessungen maximieren diesen Effekt innerhalb nützlicher Druckabfallparameter.
Die Abstandselemente 130, 150 können in einigen Ausführungsformen axial ausgerichtete Strömungskanäle 136 bilden, die der Anmelder definiert hat, um die Massentransport-Eigenschaften der Entgasungsvorrichtung 22 zu unterstützen. Das heißt, die definierten Strömungskanäle zwischen benachbarten Abstandselementen 130, 150 können Fluidströmungscharakteristiken fördern, die dem Gastransport über die Trennmembran 56 zu Gute kommen. Typischerweise verwendet die Vorrichtung 22 ein oder mehrere Abstandselemente, die zwischen der Trennmembran 56 und dem Außenmantel 52 angeordnet sind, wobei sich integrale Abschnitte des Außenmantels 52 von der Innenfläche 102 erstrecken oder integrale Merkmale, die sich von der Außenfläche 57 der Trennmembran 56 nach außen erstrecken Ausführungsformen können ein oder mehrere derartige Abstandselementtypen in einer gegebenen Anwendung verwenden. Während sich die dargestellten Abstandselemente 130, 150 im Wesentlichen radial von einer jeweiligen Oberfläche erstrecken, wird in Betracht gezogen, dass auch nicht radial angeordnete Abstandselemente vorgesehen oder stattdessen vorgesehen sein können.
Eine besondere alternative Anordnung für das Abstandselement 130 ist in den 9A und 9B dargestellt, wobei das Abstandselement 130 spiralförmig um die zentrale Achse 106 angeordnet sein kann. Bei dieser Anordnung erstreckt sich der Strömungskanal 136 schraubenförmig um die Trennmembran 56, die von einem spiralförmig gewickelten Abstandselement 130 geführt ist. Diese Anordnung kann für ihren verlängerten Kontaktströmungsweg für die flüssige Flüssigkeit durch die Mantelkammer 104 besonders bevorzugt sein.
Es wird in Betracht gezogen, dass ein oder mehrere Abstandselemente 130, 150 verwendet werden können, um die Trennmembran 56 wünschenswerterweise in der Mantelkammer 104 und vorzugsweise im Wesentlichen mittig entlang der zentralen Achse 106 zu positionieren. Um das von den Abstandselementen 130 eingenommene Volumen sowie die an der Außenfläche 57 der Membran 56 abgedeckte Fläche zu minimieren, sind die Abstandselemente 130 vorzugsweise so dünn wie möglich, während sie dennoch eine ausreichende strukturelle Festigkeit aufweisen, um den gewünschten Abstand zwischen der Membran 56 und der Innenseite 102 des Außenmantels 52 aufrecht zu erhalten. Um ein solches Gleichgewicht zu erreichen, können die Abstandselemente 130 in einer Vielzahl von Konfigurationen ausgebildet sein, beispielsweise Querschnittsformen, die rechteckige, dreieckige, ovale, halbkreisförmige und andere nützliche Formen umfassen. Es wird ferner in Betracht gezogen, dass eine ausreichende Anzahl von Abstandselementen 130 verwendet werden kann, um die Trennmembran 156 in einer gewünschten beabstandeten Beziehung zu dem Außenmantel 52 zu halten. Beispielanordnungen umfassen ein einzelnes, spiralförmig ausgebildetes Abstandselement 130, das sich schraubenförmig um die zentrale Achse 106 erstreckt, zwei oder mehr solcher spiralförmig ausgebildeter Abstandselemente 130 und drei oder mehr Abstandsglieder 130, die um die zentrale Achse 106 umfänglich beabstandet sind und sich axial und im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 106 erstrecken.
Es wird in Betracht gezogen, dass sich die Abstandselemente 130, 150 kontinuierlich oder diskontinuierlich entlang der gemeinsamen axialen Länge 116 erstrecken können.
Die Erfindung wurde hierin im Detail beschrieben, um den Patentbestimmungen nachzukommen und dem Fachmann die für die Anwendung der neuartigen Prinzipien erforderlichen Informationen zur Verfügung zu stellen und Ausführungsformen der Erfindung nach Bedarf zu konstruieren und zu verwenden. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung durch verschiedene Verfahren/Vorrichtungen ausgeführt werden kann und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung selbst abzuweichen.

Claims

Längliche Fluidentgasungsvorrichtung, umfassend: einen äußeren flexiblen, flüssigkeitsundurchlässigen Mantel mit einer inneren Oberfläche, die eine Mantelkammer entlang einer zentralen Achse des Mantels definiert, wobei der Mantel eine Einlassöffnung zu der Mantelkammer und eine Auslassöffnung zu dem Mantelkammer und ein Aspektverhältnis von mindestens 2:1 aufweist, eine rohrförmige Membran, die sich axial in der Mantelkammer entlang einer gemeinsamen axialen Länge erstreckt, wobei die rohrförmige Membran ein erstes offenes Ende aufweist, wobei die Membran ein Lumen mit einer im Wesentlichen parallel zur Mittelachse verlaufenden Luminalachse definiert und wobei die Membran eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen der Mantelkammer und dem Lumen bildet, und ein oder mehrere Abstandselemente, die radial zwischen der Membran und dem Mantel in der Mantelkammer im Wesentlichen entlang einer Gesamtheit der gemeinsamen axialen Länge angeordnet sind, um die Membran in einer beabstandeten Beziehung von Kanalbereichen der Innenfläche des Mantels mit einem radialen Spalt zu halten, der radial zwischen der Membran und den Kanalbereichen der Innenfläche des Mantels definiert ist.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer ersten Kopplereinheit, die einen Fluideinlass mit dem radialen Spalt durch die Einlassöffnung des Mantels fluidmäßig verbindet und das Lumen durch das erste offene Ende der rohrförmigen Membran fluidmäßig mit einem Gasströmungsweg verbindet.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 2, mit einer zweiten Kopplereinheit, die einen Fluidauslass mit dem radialen Spalt durch die Auslassöffnung des Mantels fluidmäßig verbindet.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine Abstandselement oder die mehreren Abstandselemente spiralförmig um die zentrale Achse angeordnet sind.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, die eine Vielzahl von Abstandselementen aufweist, die um die Mittelachse in Umfangsrichtung beabstandet sind und sich im Wesentlichen parallel zur Mittelachse erstrecken.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine Abstandselement oder die mehreren Abstandselemente ein integral co-extrudierter Körper mit dem äußeren Mantel sind.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine Abstandselement oder die mehreren Abstandselemente ein integral co-extrudierter Körper mit der rohrförmigen Membran sind.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, die eine Vielzahl von röhrenförmigen Membranen aufweist, die sich axial in der Mantelkammer entlang der gemeinsamen axialen Länge erstrecken.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die röhrenförmige Membran nicht porös ist.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Außenmantel rohrförmig mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt ist.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der radiale Spalt zwischen 50–500 Mikrometer beträgt.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der radiale Spalt über die gesamte axiale Länge im Wesentlichen gleichförmig ist.
Langgestreckte Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine Abstandselement oder die mehreren Abstandselemente sich kontinuierlich entlang der Gesamtheit der gemeinsamen axialen Länge erstrecken.
Verfahren zum Entgasen eines flüssigen Fluids, wobei das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen der langgestreckten Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 3; (B) Evakuieren des Lumens durch das erste offene Ende der röhrenförmigen Membran entlang des Gasströmungsweges; (C) Führen des flüssigen Fluids durch den Fluideinlass und in Kontakt mit der Membran in der Mantelkammer; und (D) Abführen des flüssigen Fluids aus der Mantelkammer durch den Fluidauslass.
Verfahren zum Entgasen eines flüssigen Fluids, wobei das Verfahren umfasst: (A) Bereitstellen der langgestreckten Fluidentgasungsvorrichtung nach Anspruch 3; (B) Durchleiten eines Spülgases durch das Lumen entlang des Gasströmungsweges; (C) Führen des flüssigen Fluids durch den Fluideinlass und in Kontakt mit der Membran in der Mantelkammer; und (D) Abführen des flüssigen Fluids aus der Mantelkammer durch den Fluidauslass.
Entgasungssystem zum Entgasen eines flüssigen Fluids, wobei das Entgasungssystem umfasst: eine flüssige Fluidquelle, eine Entgasungsvorrichtung mit: einem Außenmantel mit einer Innenfläche, die eine Mantelkammer entlang einer Mittelachse des Mantels definiert, wobei der Mantel eine Einlassöffnung zu der Mantelkammer und eine Auslassöffnung zu der Mantelkammer aufweist; eine rohrförmige Membran, die sich axial in der Mantelkammer erstreckt und ein erstes offenes Ende aufweist, wobei die rohrförmige Membran ein Lumen aufweist, das eine Luminalachse definiert, die im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse ist, wobei die Membran eine gasdurchlässige, flüssigkeitsundurchlässige Barriere zwischen der Mantelkammer und dem Lumen bildet, wobei ein oder mehrere Abstandselemente radial zwischen der Membran und dem Mantel in der Mantelkammer angeordnet sind, um die Membran in einem beabstandeten Verhältnis zu Kanalbereichen der Innenfläche des Mantels zu halten, wobei ein radialer Spalt radial zwischen der Membran und den Kanalbereichen der Innenfläche des Mantels definiert ist, einen Übertragungskanal, der die Flüssigfluidquelle fluidmäßig mit der Einlassöffnung des Mantels verbindet, eine Pumpe zum Führen des flüssigen Fluids von der Flüssigfluidquelle durch die Mantelkammer des äußeren Mantels und eine Vakuumquelle zum Evakuieren des Lumens durch das erste offene Ende der rohrförmigen Membran.