專利名稱：蒸氣收集方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸氣收集方法，并且更具體地涉及一種能夠在基本不稀釋氣相組分的情況下收集氣相組分的方法。
背景技術(shù)：
在干燥帶有涂層的材料期間，現(xiàn)有的用于除去和收回組分的實(shí)施手段一般使用干燥設(shè)備或者干燥爐。在封閉的及開(kāi)放的干燥系統(tǒng)中，都使用收集罩或者收集口來(lái)收集基片或者材料所散發(fā)出的溶劑蒸氣。現(xiàn)有的開(kāi)放的蒸氣收集系統(tǒng)一般使用空氣處理系統(tǒng)，該空氣處理系統(tǒng)無(wú)法在不大量吸入周?chē)諝饬鞯那闆r下選擇性地主要吸入所想要的氣相組分。封閉的蒸氣收集系統(tǒng)一般會(huì)引入惰性氣體循環(huán)系統(tǒng)，用以幫助凈化封閉容積。無(wú)論是在哪一種系統(tǒng)中，周?chē)諝饣蛘叨栊詺怏w的引入都會(huì)稀釋氣相組分的濃度。從而，隨后的使蒸氣與稀釋的蒸氣流分離的過(guò)程可能是困難而又低效的。
另外，與現(xiàn)有的蒸氣收集系統(tǒng)有關(guān)的熱力學(xué)現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)在基片或材料上或者在基片或材料附近出現(xiàn)不希望有的蒸氣凝結(jié)。冷凝物會(huì)落在基片或材料上，并對(duì)材料的外觀或者功能特征造成不利的影響。在工業(yè)條件下，工藝過(guò)程和加工設(shè)備周?chē)沫h(huán)境條件可能會(huì)包括有異物。在大容量干燥設(shè)備中，異物可能會(huì)在現(xiàn)有的干燥系統(tǒng)的大體積流量下被吸入到收集系統(tǒng)中。
所希望的是，在氣相組分基本上不被周?chē)諝饣蛘叨栊詺怏w稀釋的情況下收集氣相組分。另外，在一種工業(yè)條件下有優(yōu)勢(shì)的是，在相對(duì)較低的體積流量下收集氣相組分，以防止夾帶異物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于在基本上不稀釋的情況下運(yùn)送和收集氣相組分的方法及設(shè)備。所述的方法和設(shè)備利用位于基片表面附近的腔來(lái)實(shí)現(xiàn)基片表面附近的氣相組分的收集。
在本發(fā)明的方法中，提供至少一種具有至少一個(gè)主要表面的材料，該主要表面帶有鄰近氣相。然后，將一腔定位在該材料表面附近，以在腔和材料之間限定出一間隙。所述間隙優(yōu)選地小于等于3厘米。腔和材料表面之間的鄰近氣相限定出一區(qū)域，該區(qū)域具有一定量的物質(zhì)。來(lái)自鄰近氣相的至少一部分所述物質(zhì)通過(guò)引導(dǎo)通過(guò)所述區(qū)域的流動(dòng)而被運(yùn)送通過(guò)該腔。用以下公式來(lái)表示所述的氣相流量M1+M2+M3＝M4(公式I)其中，M1是由壓力梯度所引起的通過(guò)間隙進(jìn)入所述區(qū)域并通過(guò)腔的物質(zhì)的單位寬度總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M2是從材料的所述至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域并通過(guò)腔的物質(zhì)的單位寬度時(shí)間平均質(zhì)量流量，M3是由材料運(yùn)動(dòng)所引起的通過(guò)間隙進(jìn)入所述區(qū)域并通過(guò)腔的物質(zhì)的單位寬度總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，而M4是被運(yùn)送通過(guò)腔的物質(zhì)的單位寬度時(shí)間平均質(zhì)量流量。出于本發(fā)明的目的，限定寬度的尺寸為間隙在垂直于材料運(yùn)動(dòng)方向的方向上并位于材料平面內(nèi)的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的方法和設(shè)備旨在基本上減小被運(yùn)送通過(guò)腔的稀釋氣體的量。利用在材料表面附近的腔以及小的負(fù)壓梯度能夠基本上減小稀釋氣體的量，即M1。壓力梯度(Δp)定義為腔下圍處氣壓(pc)和腔外氣壓(po)之間的壓力差，其中Δp＝pc-po。M1的值一般大于0但小于等于0.25千克/秒/米。優(yōu)選的是，M1的值一般大于0但小于等于0.1千克/秒/米，且最優(yōu)選的是，M1的值大于0但小于等于0.01千克/秒/米。
在另一種表述中，可以用由M1導(dǎo)出的平均速度來(lái)表示進(jìn)入腔的稀釋氣相組分的流量。利用在材料表面附近的腔以及小的負(fù)壓梯度能夠基本上減小通過(guò)間隙的氣相的平均總凈流速(<v>)。對(duì)本發(fā)明而言，<v>的值一般大于0但小于等于0.5米/秒。
本發(fā)明的方法旨在通過(guò)基本上減小公式I中的M1值來(lái)顯著地減小對(duì)在鄰近氣相中氣相組分的稀釋程度。M1表示由壓力梯度所引起的進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈氣相稀釋流量。鄰近氣相中的物質(zhì)的稀釋會(huì)不利地影響氣相收集系統(tǒng)的效率，并且會(huì)影響隨后的分離工藝的實(shí)施。對(duì)于本發(fā)明的方法而言，M1大于0但是小于等于0.25千克/秒/米。另外，由于腔和材料表面之間相對(duì)較小的間隙，由受引導(dǎo)流動(dòng)而造成的通過(guò)間隙的氣相組分的平均流速一般小于等于0.5米/秒。
在替代性實(shí)施例中，可將本發(fā)明視為一種用于處理移動(dòng)的不定長(zhǎng)基片的設(shè)備。該設(shè)備具有在基片表面附近的控制表面，用以在所述基片和該控制表面之間限定出一控制間隙。第一腔定位于所述控制表面附近，該第一腔具有氣體引入裝置。第二腔定位于所述控制表面附近，該第二腔具有氣體排出裝置。所述控制表面和所述兩個(gè)腔一起限定出一區(qū)域，在該區(qū)域中，鄰近氣相具有一定量的物質(zhì)。在引導(dǎo)該區(qū)域內(nèi)的至少一部分所述物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)的質(zhì)量流量被分為以下幾部分M1表示由壓力梯度所引起的單位寬度進(jìn)入或者離開(kāi)所述區(qū)域的物質(zhì)的總的凈平均質(zhì)量流量-時(shí)間，M1’表示從所述氣體引入裝置通過(guò)第一腔進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M2表示從基片的所述至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度平均時(shí)間質(zhì)量流量，M3表示由材料運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，和M4表示通過(guò)所述氣體排出裝置所運(yùn)送的物質(zhì)的單位寬度時(shí)間平均質(zhì)量流量。
結(jié)合本發(fā)明的替代性實(shí)施例，用下面的公式來(lái)表示氣相中的質(zhì)量流量M1+M1’+M2+M3＝M4 (公式IA)本發(fā)明的設(shè)備將M1的值優(yōu)選地限制為其絕對(duì)值小于等于0.25千克/秒/米。
如上所述，鄰近氣相中的物質(zhì)的稀釋會(huì)不利地影響到系統(tǒng)。M1流量的其它缺點(diǎn)將使得這些缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)。例如，M1流量可能會(huì)含有微粒物和其它空氣污染物。它一般具有不受控制的成分，并且具有不受控制的溫度，以及不受控制的相對(duì)濕度。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，希望的是，通過(guò)基本上控制M1’和M4來(lái)減小對(duì)鄰近氣相中的氣相組分的稀釋程度。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的是，具有受控濕度、優(yōu)選的是干凈的惰性氣體的一個(gè)給定的流入氣流M1’能夠在不過(guò)度地增加稀釋程度的情況下，實(shí)現(xiàn)許多功能，從而為材料提供干凈、受控的環(huán)境。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能容易地選擇適于具體要求應(yīng)用的氣體環(huán)境的組分、溫度和濕度。通過(guò)小心地控制引入M1’并收回M4的氣體體積和條件，可以通過(guò)在區(qū)域內(nèi)建立很小的正壓力而顯著地減小流量M1。在此情形中，所要指出的是，M1是帶符號(hào)的數(shù)字，當(dāng)M1表示進(jìn)入所述區(qū)域的小的流入量時(shí)，它是正的，當(dāng)M1表示流出所述區(qū)域的小的流出量時(shí)，它是負(fù)的。結(jié)合本發(fā)明，優(yōu)選地使M1的絕對(duì)值保持小于0.25千克/秒/米，且最優(yōu)選地使M1的絕對(duì)值保持小于0.025千克/秒/米。
或者，可將本發(fā)明視為一種用于處理移動(dòng)的不定長(zhǎng)基片的方法，該方法包括以下步驟(a)將一控制表面定位于所述基片的一表面附近，以在基片和該控制表面之間限定出一控制間隙；(b)將第一腔定位于所述控制表面附近，該第一腔具有氣體引入裝置；(c)將第二腔定位于所述控制表面附近，該第二腔具有氣體排出裝置，使得所述控制表面和所述兩個(gè)腔限定出一區(qū)域，在該區(qū)域中，鄰近氣相具有一定量的物質(zhì)；和(d)引導(dǎo)運(yùn)送所述區(qū)域內(nèi)的至少一部分所述物質(zhì)，使得在M1、M1’、M2、M3和M4為如上定義的質(zhì)量流量時(shí)，MI+M1’+M2+M3＝M4。與上面關(guān)于設(shè)備的描述相同，該方法將M1的值優(yōu)選地限制在絕對(duì)值小于等于0.25千克/秒/米。
經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的是，表現(xiàn)該可選實(shí)施例的所述方法和設(shè)備可以在網(wǎng)狀物加工中串聯(lián)使用，從而形成多個(gè)區(qū)域或者多種應(yīng)用。
所述方法非常適于要求以有效方式收集蒸氣組分的應(yīng)用。有機(jī)溶劑和無(wú)機(jī)溶劑是常常作為載體來(lái)使用的組分的實(shí)例，用以允許在基片或者材料上沉積所要求的成分。一般通過(guò)供應(yīng)充足的能量，使溶劑氣化，從而將所述組分從基片或者材料除去。希望的是，并且對(duì)于健康、安全以及環(huán)境因素而言常常必要的是，在將蒸氣組分從基片或者材料上除去之后，收回該蒸氣組分。本發(fā)明能夠在不引入大量稀釋流的情況下收集和運(yùn)送蒸氣組分。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括使用含有至少一種可蒸發(fā)組分的材料。將所述腔放置在材料表面附近。然后將足夠的能量導(dǎo)入該材料，以使所述至少一個(gè)可蒸發(fā)組分氣化，從而形成蒸氣組分。該蒸氣組分中的至少一部分被收集在腔中。一般在高濃度下收集蒸氣組分，高濃度使諸如分離的后續(xù)加工變得更加有效。
本發(fā)明的設(shè)備包括用于支撐材料的支撐機(jī)構(gòu)。所述材料具有帶鄰近氣相的至少一個(gè)主要表面。腔被放置在材料表面附近，從而在所述表面和收集腔之間限定出一間隙。在腔和材料之間的鄰近氣相限定出含有一定量物質(zhì)的區(qū)域。與腔連通的機(jī)構(gòu)引導(dǎo)運(yùn)送在鄰近氣相中的至少一部分所述物質(zhì)通過(guò)該區(qū)域。物質(zhì)通過(guò)所述區(qū)域進(jìn)入腔中的運(yùn)送由公式I來(lái)表示?？梢匀芜x地將腔內(nèi)的蒸氣運(yùn)送到用于另外加工的分離機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的方法和設(shè)備優(yōu)選地適于在運(yùn)送和收集來(lái)自移動(dòng)的網(wǎng)狀物的溶劑中使用。在工作中，腔被放置在連續(xù)移動(dòng)的網(wǎng)狀物上方，以收集高濃度的蒸氣。蒸氣的低體積流量和高濃度提高了溶劑收回的效率，并基本上消除了有關(guān)現(xiàn)有的組分收集裝置的污染物問(wèn)題。
本發(fā)明的方法和設(shè)備優(yōu)選地結(jié)合現(xiàn)有的間隙干燥系統(tǒng)使用。間隙干燥系統(tǒng)一般運(yùn)送材料通過(guò)加熱板和冷凝板之間的一窄間隙，用于蒸發(fā)以及隨后冷凝材料中的可蒸發(fā)組分。在間隙干燥系統(tǒng)的各個(gè)位置上，本發(fā)明設(shè)備的構(gòu)造能夠進(jìn)一步收集在進(jìn)入間隙干燥設(shè)備前、或者在離開(kāi)間隙干燥設(shè)備前通常存在于材料表面上的鄰近氣相中的氣相組分。
出于本發(fā)明的目的，對(duì)本申請(qǐng)中所使用的以下術(shù)語(yǔ)作如下定義“時(shí)間-平均質(zhì)量流量”由公式MI=1t∫0tmidt]]>來(lái)表示，其中MI是以千克/秒為單位的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量，t是以秒為單位的時(shí)間，而mi是以千克/秒為單位的物質(zhì)的瞬時(shí)質(zhì)量流量；“壓力梯度”表示腔內(nèi)和外部環(huán)境之間的壓力差；和“受引導(dǎo)流動(dòng)”表示一般由所述壓力梯度所引起的流動(dòng)。
從以下實(shí)施例的描述以及權(quán)利要求中，其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將是明顯的。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明上述的以及其它的優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，在附圖中圖1是本發(fā)明的示意圖；
圖1a是本發(fā)明替代性實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明的氣相收集設(shè)備優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖3是本發(fā)明的氣相收集設(shè)備優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖；圖4是本發(fā)明的氣相收集設(shè)備優(yōu)選實(shí)施例的等軸視圖；圖5a是與間隙干燥系統(tǒng)相結(jié)合的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖5b是與任選的機(jī)械密封相結(jié)合的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖6是與任選的可縮回的機(jī)械密封相結(jié)合的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；和圖7是如這里提供的實(shí)例中所描述的氣相收集系統(tǒng)和設(shè)備的另一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中總的描述了本發(fā)明的方法和設(shè)備10。所述方法包括步驟提供材料12，該材料具有帶鄰近氣相(未示出)的至少一個(gè)主要表面14。具有排氣口18的腔16定位于附近，從而在腔16的下圍19和材料12的表面14之間限定出一間隙。所述間隙具有高度H，該高度優(yōu)選地是3厘米或者3厘米以下。在腔16的下圍19和材料12的表面14之間的鄰近氣相限定出一具有一定量物質(zhì)的區(qū)域。該區(qū)域中的物質(zhì)一般為氣相。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，該區(qū)域還可包含液態(tài)或者固態(tài)的物質(zhì)，或者包含三態(tài)的組合。
來(lái)自該區(qū)域的物質(zhì)的至少一部分通過(guò)受引導(dǎo)流動(dòng)而被運(yùn)送通過(guò)腔16?？赏ㄟ^(guò)一般為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的機(jī)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)流動(dòng)。用公式I來(lái)表示進(jìn)入并通過(guò)腔的單位寬度質(zhì)量流量M1+M2+M3＝M4(公式I)圖1描繪了在實(shí)施本發(fā)明的方法中所遇到的各種流動(dòng)氣流。M1表示由壓力梯度所引起的單位寬度的進(jìn)入或者離開(kāi)所述區(qū)域的物質(zhì)的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量。對(duì)于本發(fā)明的目的而言，M1實(shí)質(zhì)上表示稀釋氣流。M2表示單位寬度的從基片的所述至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量。M3表示由材料運(yùn)動(dòng)所引起的單位寬度的進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量。M3一般被認(rèn)為是表示機(jī)械拖曳，并且包括在腔下方隨材料的運(yùn)動(dòng)而吸入的物質(zhì)和隨著材料從腔下方通過(guò)而離開(kāi)的物質(zhì)。在材料靜止在腔下方的情形中，M3的值為0。在間隙H是一致的情形中(即入口和出口的間隙高度是相同的)，M3的值為0。當(dāng)入口和出口的間隙高度不一致(即不相同)時(shí)，則M3不為0。M4表示單位寬度通過(guò)所述氣體排出裝置所運(yùn)送的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量。所要理解的是，物質(zhì)能夠在不被運(yùn)送通過(guò)腔的情況下被運(yùn)送通過(guò)間隙并進(jìn)入所述區(qū)域。這種流量并不被包括在公式I中所包括的總體凈流量之內(nèi)。出于本發(fā)明的目的，將寬度尺寸限定為間隙在垂直于材料運(yùn)動(dòng)方向的方向上并且位于材料平面內(nèi)的長(zhǎng)度。
本發(fā)明的方法和設(shè)備旨在基本上減小通過(guò)腔所運(yùn)送的稀釋氣體的量。利用在材料表面附近的腔以及非常小的負(fù)壓梯度使得能夠基本減小稀釋氣體的量，即M1。壓力梯度Δp定義為腔下圍處氣壓pc和腔外氣壓po之間的壓力差，其中Δp＝pc-po。M1的值通常大于0但小于等于0.25千克/秒/米。優(yōu)選的是，M1的值一般大于0但小于等于0.1千克/秒/米，且最優(yōu)選的是，M1的值大于0但小于等于0.01千克/秒/米。
在一種可選的表述中，可以用M1所引起的平均速度來(lái)表述進(jìn)入腔的稀釋氣相組分的流量。利用在材料表面附近的腔以及小的負(fù)壓梯度能夠基本上減小通過(guò)間隙的氣相的總的凈平均流速<v>。由M1所引起的氣相的平均速度定義為<v>＝M1/ρA。其中，M1定義如上，ρ是以千克/米3為單位的氣流平均密度，A是以米為單位的單位寬度可用來(lái)進(jìn)入所述區(qū)域的橫截面面積。其中，A＝(H(2w+21))/w，其中H定義如上，w是間隙在垂直于材料運(yùn)動(dòng)方向的方向上的長(zhǎng)度，1是間隙在材料運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度。對(duì)本發(fā)明而言，<v>的值一般大于0但小于等于0.5米/秒。
腔在材料表面附近以及相對(duì)較小的壓力梯度，使得能夠在最小稀釋的情況下將鄰近氣相中的物質(zhì)運(yùn)送通過(guò)腔。從而，可以運(yùn)送并收集較高濃度下較低流速的物質(zhì)。本發(fā)明的方法還適于運(yùn)送并收集位于鄰近氣相中的相對(duì)較小量的物質(zhì)。間隙高度一般為3厘米或者3厘米以下，優(yōu)選的是1.5厘米或者1.5厘米以下，且最優(yōu)選的是0.75厘米或者0.75厘米以下。另外，在優(yōu)選的實(shí)施例中，圍繞腔周?chē)拈g隙高度是基本一致的。然而，間隙可以變化，或者對(duì)具體應(yīng)用可以不一致。在優(yōu)選的實(shí)施例中，腔可以具有比該材料或者在腔下方所運(yùn)送的網(wǎng)狀物寬的周長(zhǎng)。在這些情形中，可以將腔設(shè)計(jì)成幾個(gè)邊密封，以便進(jìn)一步減小單位寬度的由壓力梯度所引起的物質(zhì)的時(shí)間平均流量(M1)。還可以將腔設(shè)計(jì)成符合若干不同幾何形狀的材料的表面。例如，腔可具有切成圓角的下圍，以符合圓筒形材料的表面。
所使用的材料可包括任何材料，只要該材料能定位于腔附近即可。優(yōu)選的材料是網(wǎng)狀物。網(wǎng)狀物可包括一層或者多層材料，或者包括涂敷在基片上的涂層。
如概括地在圖1a中所描述的，還可利用本發(fā)明的設(shè)備10a來(lái)實(shí)施所述的方法。如上面關(guān)于公式IA所提到的，本發(fā)明的基本原理優(yōu)選的是，所選定的總的質(zhì)量流量要緊密符合來(lái)自材料的氣相組分的生成流量，本發(fā)明基本原理的一個(gè)部分例外包括任選地引入一氣流量。氣流量的總質(zhì)量應(yīng)當(dāng)盡可能的低，以便符合在基片上方提供一個(gè)基本沒(méi)有微粒污染物的環(huán)境的要求。結(jié)合所述方法的這種變化，設(shè)備10a還包括提供基片12，該基片具有帶鄰近氣相(未示出)的至少一個(gè)主要表面14。所述基片12在控制表面15下方沿箭頭“V”的方向運(yùn)動(dòng)，從而限定出一控制間隙“G”。具有氣體引入裝置21的第一腔17定位于所述控制表面15附近。
所述氣體引入裝置21的確切形狀可以變化，可以用諸如氣割刀，氣幕，或者供氣集流腔等合適的裝置。盡管示出的實(shí)施例描繪了第一腔17為增壓室的形式，但將氣體引入裝置21定位于與控制表面15的水平面有一定距離并不是本發(fā)明的要求。第二腔16a也定位于控制表面15附近，并具有氣體排出裝置18a。同樣的是，盡管示出的實(shí)施例描繪了第二腔16a為增壓室的形式，但將氣體引入裝置18a定位于與控制表面15的水平面有一定距離也不是本發(fā)明的要求。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，第一腔17和第二腔16a將位于控制表面15的相對(duì)兩端，如圖1a所示。
第一腔17在第一腔17和基片12之間限定出第一間隙G1。第二腔16a在第二腔16a和基片12之間限定出第二間隙G2。在一些實(shí)施例中，第一間隙G1、第二間隙G2和控制間隙G都具有相同的高度，然而在一些其它的優(yōu)選實(shí)施例中，第一間隙G1或者第二間隙G2中的至少一個(gè)具有與控制間隙G不同的高度。當(dāng)?shù)谝婚g隙、第二間隙以及控制間隙都為3厘米或者3厘米以下時(shí)，獲得最佳結(jié)果。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，第一間隙、第二間隙和控制間隙都為0.75厘米或者0.75厘米以下。
除了間隙G1、G2和G之外，通過(guò)使用機(jī)械結(jié)構(gòu)，諸如圖1a中所示的延長(zhǎng)部分23和25，還可使蒸氣組分的稀釋程度達(dá)到最小。該延長(zhǎng)部分23和25具有間隙G3和G4，既可以將它們添加在設(shè)備的前端，也可以將它們添加在設(shè)備的后端。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，所述的延長(zhǎng)部分可根據(jù)對(duì)于具體目的的所選擇的具體實(shí)施例而附在設(shè)備的各個(gè)部件上。
控制表面15、第一間隙17、第二間隙16a以及基片12的表面14之間的鄰近氣相限定出一具有一定質(zhì)量的區(qū)域。所述延長(zhǎng)部分23和25可以進(jìn)一步限定在所述控制表面下方的所述區(qū)域，該控制表面具有所述的具有一定量物質(zhì)的鄰近氣相。該區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)一般為氣相。然而，如上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，該區(qū)域還可包含液態(tài)或者固態(tài)的物質(zhì)，或者包含三態(tài)的組合。另外，M1’流可以含有活性組分，或者可以任選地含有從M4回收的至少一些組分。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，來(lái)自所述區(qū)域的物質(zhì)的至少一部分通過(guò)受引導(dǎo)流動(dòng)而被運(yùn)送通過(guò)腔16a?？赏ㄟ^(guò)通常為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)流動(dòng)。用公式IA來(lái)表示單位寬度的進(jìn)入并通過(guò)腔的質(zhì)量流量M1+M1’+M2+M3＝M4 (公式IA)圖1a描繪了在實(shí)施本發(fā)明的方法中所遇到的各種流動(dòng)氣流。M1是由壓力梯度所引起的進(jìn)入或者離開(kāi)所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量。如上所述，在公式IA中，M1是帶符號(hào)的數(shù)字，當(dāng)M1表示進(jìn)入所述區(qū)域的小流入量時(shí)，它是正的，當(dāng)M1表示流出所述區(qū)域的小流出量時(shí)，它是負(fù)的。對(duì)于本發(fā)明的目的而言，M1實(shí)質(zhì)上表示本發(fā)明想要最小化的稀釋流。M1’是從氣體引入裝置21進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的總的凈平均質(zhì)量流量-時(shí)間。然而，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，M1’可在由稀釋所造成的所能容忍的主要表面14的潔凈度方面提供足夠的改善。M2是單位寬度從基片的所述至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量的絕對(duì)值。如上所述，M3是由材料運(yùn)動(dòng)所引起的單位寬度進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，而M4是單位寬度通過(guò)所述第二腔的所運(yùn)送的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量。
本發(fā)明的方法和設(shè)備旨在基本上減小所運(yùn)送通過(guò)所述腔的稀釋氣體的量，且與上面的描述相同的是，M1的絕對(duì)值優(yōu)選地小于等于0.25千克/秒/米。最優(yōu)選的是，M1的絕對(duì)值小于等于0.1千克/秒/米，更加優(yōu)選的是，M1的絕對(duì)值小于等于0.01千克/秒/米。在不需要?dú)怏w來(lái)保護(hù)主要表面14時(shí)，M1’的值可以是0，但在M1’存在時(shí)，它的值優(yōu)選的小于等于0.25千克/秒/米。在很多優(yōu)選的情形中，M1’的值大于0，但小于等于0.025千克/秒/米。腔被加工和操作成適合在基本上不稀釋的情況下，或者在不會(huì)由于無(wú)法將氣相組分吸入腔內(nèi)而損失過(guò)多氣相組分的情況下，能夠收集到足夠的氣相組分。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)并操作腔來(lái)控制給定材料的蒸發(fā)速度以及用于適當(dāng)收回氣相組分所需的流體流速。對(duì)于可燃的氣相組分而言，優(yōu)選的是，出于安全起見(jiàn)，收回在可燃性上限以上濃度的蒸氣。另外，可以在網(wǎng)狀物的主要部分保持間隙。還可以在操作中沿網(wǎng)狀物的加工路徑的各個(gè)點(diǎn)放置若干腔。各單獨(dú)腔可以在不同的壓力、溫度和間隙下工作，以控制工藝和材料變化。
通過(guò)引入壓力梯度，實(shí)現(xiàn)了將物質(zhì)從所述區(qū)域運(yùn)送通過(guò)腔。壓力梯度一般借助于機(jī)械裝置來(lái)建立，例如，泵、吹風(fēng)機(jī)和風(fēng)扇。引入壓力梯度的機(jī)械裝置與腔相連通。從而，壓力梯度將建立通過(guò)腔并穿過(guò)腔中的排氣口的物質(zhì)流。本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠認(rèn)識(shí)到，壓力梯度還可以來(lái)源于氣相組分的密度梯度。
所述腔還可以包括一個(gè)或者多個(gè)機(jī)構(gòu)，用以控制被運(yùn)送通過(guò)腔的物質(zhì)的形態(tài)，從而控制物質(zhì)中組分的形態(tài)改變。例如，可將現(xiàn)有的溫度控制裝置引入腔中，用以防止冷凝物形成在腔內(nèi)部上面。現(xiàn)有的溫度控制裝置的非限定性實(shí)例包括加熱線圈、電加熱器和外部熱源。加熱線圈在腔內(nèi)提供了充足的用以防止蒸氣組分冷凝的能量?，F(xiàn)有的加熱線圈和熱傳導(dǎo)流體適合與本發(fā)明一起使用。
根據(jù)具體的氣相成分，腔可以任選地包括阻焰能力。阻焰裝置內(nèi)置于腔內(nèi)，該裝置允許氣體通過(guò)，但是熄滅火焰，以防止大規(guī)模著火或者爆炸?；鹧媸前l(fā)生自生發(fā)熱(產(chǎn)生能量)化學(xué)反應(yīng)的大量氣體。一般在工作環(huán)境包括以下物質(zhì)時(shí)需要阻焰裝置氧氣、高溫以及以適當(dāng)比例與氧氣混合的可燃?xì)怏w所造出的可燃混合物。阻焰裝置通過(guò)除去上述組分中的一個(gè)而起作用。在優(yōu)選實(shí)施例中，氣相組分通過(guò)由吸熱材料所界定的一窄間隙。間隙和材料的尺寸都取決于具體的蒸氣成分。例如，可借助于帶有根據(jù)美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)加工出的網(wǎng)孔的細(xì)網(wǎng)金屬屏，例如鋁屏，使腔充滿容納在底部的擴(kuò)展金屬吸熱材料。
本發(fā)明中所使用的任選的分離裝置和運(yùn)送裝備也可以具有阻焰能力。本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道的現(xiàn)有技術(shù)適合于與本發(fā)明一起使用。在腔中以及隨后的加工裝備中使用阻焰裝置，而不會(huì)引入惰性氣體。從而，蒸氣濃度總的保持在使得能夠有效地實(shí)施分離工藝的程度。
本發(fā)明的方法適于連續(xù)收集氣相成分。氣相成分一般從腔流到后續(xù)加工步驟，優(yōu)選的是在不稀釋的情況下。后續(xù)加工步驟包括諸如以下可選的步驟例如，分離或者破壞氣相中的一個(gè)或者多個(gè)組分。分離加工步驟可以在受控方式下置于腔內(nèi)發(fā)生，或者可以在外部發(fā)生。優(yōu)選的是，使用諸如以下的現(xiàn)有分離工藝來(lái)分離蒸氣流例如，吸收、吸附、薄膜分離或者冷凝。高濃度和低質(zhì)量流量的蒸氣組分提高了現(xiàn)有分離工藝實(shí)施的整體效率。最優(yōu)選的是，蒸氣組分中的至少一部分在一個(gè)高得足以允許隨后在0℃或者0℃以上的溫度分離蒸氣組分的濃度下被收集。這樣的溫度防止了在分離工藝期間形成霜凍，具有設(shè)備上以及工藝上的優(yōu)點(diǎn)。
來(lái)自腔的蒸氣流可以含有蒸氣，或者含有蒸氣和液態(tài)的混合物。蒸氣流還可以包括微粒物，該微粒物可在分離工藝之前過(guò)濾掉。適合的分離工藝可包括，例如，現(xiàn)有的分離實(shí)施手段，諸如濃縮氣流中的蒸氣組分；直接冷凝氣流中稀釋的蒸氣組分；直接冷凝氣流中濃縮過(guò)的蒸氣組分；直接兩階段冷凝；使用活性炭或者合成吸收介質(zhì)來(lái)吸收氣流中稀釋的蒸氣組分；使用活性炭或者合成吸收介質(zhì)來(lái)吸收氣流中濃縮過(guò)的蒸氣組分；使用具有高吸收特性的介質(zhì)來(lái)吸收氣流中稀釋的蒸氣組分；以及使用具有高吸收特性的介質(zhì)來(lái)吸收氣流中濃縮過(guò)的蒸氣組分。破壞裝置可包括現(xiàn)有的裝置，諸如熱氧化器。任選的是，根據(jù)氣相組分的成分，可以在氣流離開(kāi)腔后將氣流排出，或者將氣流過(guò)濾并排出。
圖2-4中描述了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明的設(shè)備20包括網(wǎng)狀物22，其被通過(guò)網(wǎng)狀物運(yùn)送系統(tǒng)(未示出)在加熱元件24和腔26之間運(yùn)送。網(wǎng)狀物22包括含有至少一種可蒸發(fā)組分的材料(未示出)。腔26包括下圍28。所述腔26定位于網(wǎng)狀物22附近，從而腔26的下圍28在腔26和網(wǎng)狀物22之間限定出一間隙H。腔26可選地包括加熱線圈30、阻焰元件32和阻焰元件32上方的頂部空間39。岐管34提供了到壓力控制機(jī)構(gòu)(未示出)的連接。該岐管34最后還提供了出口36，用以將蒸氣運(yùn)送到后續(xù)加工步驟。
在工作中，加熱元件24主要提供傳導(dǎo)熱能量給網(wǎng)狀物材料22的底面，用以使網(wǎng)狀物材料中的可蒸發(fā)組分氣化。腔26在壓力梯度下工作，使得當(dāng)蒸氣從網(wǎng)狀物材料22上散發(fā)出來(lái)時(shí)，至少一部分蒸氣被運(yùn)送通過(guò)垂直間隙H并進(jìn)入腔26。被吸入腔26中的蒸氣被運(yùn)送通過(guò)岐管34和出口36，以便進(jìn)一步處理。間隙H和壓力梯度使得能夠在基本上不稀釋的情況下收集腔內(nèi)26的蒸氣。
所述的優(yōu)選實(shí)施例涉及運(yùn)送并收集來(lái)自材料的可蒸發(fā)組分?？烧舭l(fā)組分可以被包括在材料內(nèi)、在材料的表面上、或者被包括在鄰近氣相中。材料包括，例如涂層基片、聚合物、色素、陶瓷、膠水、織物、非織物、纖維、粉末、紙、食品、藥品或者它們的組合。優(yōu)選的是，所提供的材料為網(wǎng)狀物。然而，可以使用不連續(xù)的段或者片的材料。
材料包括至少一種可蒸發(fā)組分。該可蒸發(fā)組分為任何液體成分或者固體成分，只要該成分能夠氣化并與材料分離即可。非限定性實(shí)例可包括有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物或者兩種化合物的組合，諸如水或者乙醇。一般而言，所述可蒸發(fā)組分可能會(huì)原先作為溶劑使用，以便最初制造材料。本發(fā)明非常適于后續(xù)除去所述溶劑。
根據(jù)本發(fā)明，將足夠量的能量供應(yīng)到材料，以便使至少一種可蒸發(fā)組分氣化。氣化該可蒸發(fā)組分所需的能量可通過(guò)輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流或者它們的組合來(lái)供應(yīng)。傳導(dǎo)加熱，例如可包括讓材料通過(guò)平的加熱板、弧形加熱板附近，或者將材料部分地圍繞在加熱圓筒上。對(duì)流加熱的實(shí)例可包括借助于噴嘴、噴射器或者增壓室，將熱空氣引導(dǎo)到材料。諸如無(wú)線電頻率、微波或者紅外的電磁輻射可被引導(dǎo)到材料，并被材料吸收，從而引起材料內(nèi)部加熱。能量可被供應(yīng)到材料的任何表面或者所有的表面。另外，可供應(yīng)帶有充足內(nèi)能的材料，例如預(yù)熱處理過(guò)的材料，或者在材料中發(fā)生發(fā)熱化學(xué)反應(yīng)的材料。各種能量源可以單獨(dú)地使用，或者以組合方式使用。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，用于加熱材料和蒸發(fā)組分的能量可以從現(xiàn)有的熱源供應(yīng)。例如，可以借助于電力、油料燃燒或者其它熱源來(lái)提供充足的能量。能量可以被直接供應(yīng)到施加點(diǎn)上，或者間接地通過(guò)以下的方式來(lái)供應(yīng)加熱的、諸如水或者油的液體，加熱的、諸如空氣或者惰性氣體的氣體，或者加熱的、諸如氣流或者現(xiàn)有熱傳遞流體的蒸氣。
本發(fā)明的腔定位于材料附近，從而在腔下圍和材料之間形成間隙。間隙在材料表面和腔的底部之間優(yōu)選地是高度基本上一致的空間距離。間隙高度優(yōu)選地是3厘米或者3厘米以下，最優(yōu)選地是1.5厘米或者1.5厘米以下，且更為優(yōu)選地是0.75厘米或者0.75厘米以下。腔在壓力梯度下工作，使得蒸氣被吸入腔中。腔位于材料附近，這使得在蒸氣被吸入腔中時(shí)的蒸氣稀釋最小。除了間隙之外，通過(guò)使用添加在腔上的機(jī)械結(jié)構(gòu)，諸如，圖2-4中所示的延伸部分35、37，也可以使蒸氣組分的稀釋最小。在該延伸部分延伸超出網(wǎng)狀物并接觸到熱滾筒24時(shí)，延伸部分還可以提供周邊密封。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所選定的總的質(zhì)量流量緊密符合來(lái)自材料的氣相組分的生成流量。這將有助于防止蒸氣組分的稀釋或損失。來(lái)自腔的物質(zhì)的總的體積流量?jī)?yōu)選地是至少100％的該蒸氣組分的體積流量。另外，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)基本上均勻地流動(dòng)穿過(guò)腔的入口表面。這可以在多孔介質(zhì)層上方的腔中存在頂部空間時(shí)實(shí)現(xiàn)。在上述情形中，相對(duì)于通過(guò)多孔介質(zhì)的壓降，頂部空間中橫向壓降可以忽略不計(jì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，頂部空間和多孔介質(zhì)的孔尺寸可以調(diào)節(jié)，以便調(diào)節(jié)穿過(guò)腔的入口表面的流量。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的腔可與現(xiàn)有的間隙干燥系統(tǒng)結(jié)合在一起。間隙干燥系統(tǒng)是一種采用直接溶劑冷凝結(jié)合傳導(dǎo)主要能量轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)，從而該系統(tǒng)不需要施加強(qiáng)制對(duì)流來(lái)蒸發(fā)并帶走溶劑蒸氣。間隙干燥機(jī)由加熱板和冷卻板組成，兩個(gè)板間隔開(kāi)一小間隙。加熱板位于網(wǎng)狀物的未涂層面附近，其供應(yīng)能量，用以蒸發(fā)涂層的溶劑。冷卻板位于涂層面附近，提供驅(qū)動(dòng)力，用于冷凝并將溶劑蒸氣運(yùn)送穿過(guò)間隙。冷卻板具有表面幾何形狀，該表面防止了液體滴回到涂層表面上。在涂層基片被運(yùn)送通過(guò)兩個(gè)板之間的間隙時(shí)，發(fā)生干燥和同時(shí)的溶劑收回。在美國(guó)專利No.6,047,151、4,980,697、5,813,133、5,694,701、6,134,808和5,581,905中詳細(xì)描述了間隙干燥系統(tǒng)，這里將它們的全部?jī)?nèi)容作為參考引入。
腔可以定位于間隙干燥系統(tǒng)中的若干任選點(diǎn)上。例如，腔可以被置于間隙干燥機(jī)的相對(duì)兩端，內(nèi)置于間隙干燥機(jī)內(nèi)，或者是它們的組合。圖5a顯示了定位于間隙干燥系統(tǒng)42的尾端44處的腔40。
在現(xiàn)有的間隙干燥式構(gòu)造中，一些氣相組分通過(guò)移動(dòng)的網(wǎng)狀物的拖拽而被運(yùn)送。由于網(wǎng)狀物和頂板之間的間隙中的氣相組分可以理想地充滿可蒸發(fā)組分，因而該組分可以是所關(guān)心之處。出于環(huán)境、健康或者安全方面的考慮，該組分(溶劑或者其它組分)可以是所要關(guān)心之處。當(dāng)間隙足夠小時(shí)，排出流量Q可以容易地從網(wǎng)狀物的速度Vweb、頂部間隙高度hu以及膜/網(wǎng)狀物寬度W中借助以下公式計(jì)算出Q＝(1/2)(Vweb)(W)(hu)例如，對(duì)于0.508米/秒的網(wǎng)狀物速度、1.53米寬度以及0.0492厘米的間隙，這意味著每秒0.00123立方米的流量。這樣的流量是小的，比其它更多的具有比本發(fā)明高幾個(gè)數(shù)量極的氣相流量的干燥裝置更加容易管理。
從而，本發(fā)明的腔是用于運(yùn)送并收集網(wǎng)狀物材料的鄰近氣相中的相對(duì)較小量的材料的合適裝置。在圖5a中示出了基本的實(shí)施例。間隙干燥系統(tǒng)42包括定位于冷凝板48和加熱板50之間的網(wǎng)狀物46。在網(wǎng)狀物46的上表面和冷凝板48之間形成有距離H的間隙。冷凝板48包括毛細(xì)作用表面52，用以運(yùn)送冷凝過(guò)的材料離開(kāi)冷凝表面54。在網(wǎng)狀物46離開(kāi)所述間隙的點(diǎn)處設(shè)有腔40，用以收集離開(kāi)間隙干燥系統(tǒng)42的氣相組分。
通過(guò)在腔的尾端施加密封，可以有助于物質(zhì)流過(guò)腔。密封起到了清掃的作用，用以防止氣體離開(kāi)腔的尾端，從而強(qiáng)迫氣體進(jìn)入腔中。密封可包括加壓氣體或者機(jī)械密封。圖5a描繪了一種可選的在腔的外部41上沿向下箭頭的加壓氣體流F。所述加壓氣體阻止了由移動(dòng)的網(wǎng)狀物46攜帶的任何氣相組分。氣體可以是干凈的空氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)饣蛘咂渌栊詺怏w系統(tǒng)。
還可以利用機(jī)械密封來(lái)迫使氣相組分進(jìn)入腔中。圖5b示出了在腔40的外部41處的柔性密封元件56的使用，用以減小被運(yùn)送通過(guò)腔40的稀釋量?？墒谷嵝悦芊?6拖在網(wǎng)狀物46上，或者與網(wǎng)狀物46間隔開(kāi)一小間隙。在此情形中，間隙不是均勻的，在出口處為H，而在接近密封處則接近0。
所述機(jī)械密封還可以包括可縮回密封機(jī)構(gòu)，如圖6所示。該可縮回密封機(jī)構(gòu)76顯示出處于接合位置，用于與腔60和間隙干燥系統(tǒng)62一起正常連續(xù)地工作，所述間隙干燥系統(tǒng)62包括冷凝板68和加熱板70。在這種布置中，可縮回密封機(jī)構(gòu)76可設(shè)置在比其它形式的機(jī)械密封距網(wǎng)狀物66更小的間隙處。對(duì)于在不會(huì)擦傷或者破壞涂層或者網(wǎng)狀物表面的情況下收集而言，在從移動(dòng)的網(wǎng)狀物66上除去氣相組分的邊界層方面，較小的間隙更有效。距網(wǎng)狀物66表面的間隙可以在0.00508厘米到0.0508厘米之間的范圍內(nèi)，或者更大。在除去氣相組分的邊界層方面，較小的間隙更有效。在將與網(wǎng)狀物相對(duì)應(yīng)的密封面78保持于密封點(diǎn)處的同時(shí)，通過(guò)增加密封的厚度，提高了可縮回密封機(jī)構(gòu)76的效率。在有如圖6中所示的惰輪輥80的情況下，所述可縮回密封機(jī)構(gòu)76具有與惰輪輥80的半徑相對(duì)應(yīng)的切成圓角的形狀?？煽s回密封機(jī)構(gòu)76的厚度可以在1.5厘米到3厘米以上的范圍內(nèi)。較厚的板增加了密封面積，從而使密封更有效。實(shí)際厚度將取決于諸如惰輪半徑和惰輪包角等因素?？赏ㄟ^(guò)使用致動(dòng)器82或者其它機(jī)械裝置將所述密封移動(dòng)到縮回位置。升高的布置防止了污染密封結(jié)構(gòu)76和破壞網(wǎng)狀物66，允許過(guò)厚的涂層通過(guò)，或者允許接頭或者其它加厚情況通過(guò)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，對(duì)于諸如接頭或者涂層過(guò)厚等已知的加厚情況而言，可以自動(dòng)操作并控制可縮回密封機(jī)構(gòu)76的縮回，或者甚至將密封機(jī)構(gòu)76連接在用于加厚情況的傳感器(諸如頂柵，激光觀察裝置等)上(未示出)，以便在出現(xiàn)意外事件時(shí)允許縮回。
本發(fā)明的設(shè)備使用了材料支撐機(jī)構(gòu)，用于將材料固定在腔附近，以保證合適的間隙?，F(xiàn)有的材料處理系統(tǒng)和裝置適于與本發(fā)明一起使用。
如上所述，所述設(shè)備包括腔，腔被置于材料上方，以便在材料表面和腔下圍之間限定出一間隙。腔由現(xiàn)有材料構(gòu)成，并被設(shè)計(jì)成滿足具體的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。例如，腔可以作為單獨(dú)裝置存在，或者可以被置于封閉環(huán)境中，諸如爐箱。另外，被可選地置于腔中的阻焰裝置和加熱線圈可以包括現(xiàn)有熟知的裝備和材料。
如上所述，能量源用來(lái)向材料提供足夠的能量，以使材料中的至少一種可蒸發(fā)組分氣化。本領(lǐng)域所熟知的一般的加熱方法和熱量傳遞裝備適合于于本發(fā)明一起使用。
收集在腔內(nèi)的濃縮的蒸氣流還可以利用現(xiàn)有的分離裝備和工藝來(lái)分離，所述的工藝一般描述為吸收、吸附、膜分離或者冷凝。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)蒸氣成分以及所要求的分離效率來(lái)選擇具體的分離實(shí)施手段和裝備。
在操作中，本發(fā)明在基本上不稀釋和不冷凝干燥系統(tǒng)中的蒸氣組分的情況下收集該蒸氣組分中的至少一部分。高濃度下的蒸氣組分的收集使得有效率地收回材料。干燥系統(tǒng)中冷凝的消除減小了由于冷凝物落在產(chǎn)品上所造成的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。本發(fā)明還利用相對(duì)較低的空氣流量，顯著地減小了引入干燥系統(tǒng)的異物，從而防止了最終產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。
實(shí)例實(shí)例1參照?qǐng)D7，在本實(shí)例中，使用了帶有直接燃燒的加熱箱102的爐100。該爐100具有供氣增壓室104，該增壓室104具有多個(gè)高速噴嘴106。這些高速對(duì)流噴嘴106被置于離基片材料1082.5厘米內(nèi)的位置上。材料108為塑料膜的網(wǎng)狀物，其具有涂在材料表面上的半硬的乙烯基擴(kuò)散物。高速噴嘴106提供了到材料108的高熱量傳遞。在爐溫下，噴嘴出口的排氣速度在每秒20-30米之間。加熱箱具有循環(huán)風(fēng)扇110和受調(diào)節(jié)的直接燃燒的燃燒器112。加熱箱將循環(huán)空氣114與新鮮補(bǔ)充空氣116混合，并使該空氣116通過(guò)加熱箱102。直接燃燒的燃燒器112被調(diào)節(jié)成將排氣溫度控制在150℃-200℃之間。通過(guò)控制排氣口118和補(bǔ)充空氣116而保持所要求的爐的工作壓力。腔120是用不銹鋼制造的10厘米×10厘米×200厘米長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。多個(gè)腔(未示出)在爐100內(nèi)被安裝在離材料1081.5厘米的位置上。每個(gè)腔120在頂部都具有3個(gè)1.2厘米的出口。這三個(gè)出口接在直徑2厘米的岐管122上。岐管122為直徑2厘米，并且穿過(guò)爐外殼到爐100外。爐體外的岐管122被連接到冷凝器124。冷凝器124為管狀的管子，并且由不銹鋼制成。內(nèi)管是2厘米的直徑，而外管是3.5厘米的直徑。冷凝器124具有2厘米直徑的設(shè)備冷卻水入口126和2厘米直徑的設(shè)備冷卻水出口128。在冷卻水入口126處，設(shè)備冷卻水在5℃-10℃之間。來(lái)自材料108的蒸氣組分被收集在腔120內(nèi)，隨后在冷凝器124中冷凝，并接著被收集到分離器130中。從分離器130來(lái)的干凈氣流通過(guò)2厘米直徑的PVC管到真空泵132?？刂圃撜婵毡?32，以便將腔120保持在相對(duì)于爐工作壓力的壓力梯度上。真空泵132的排出氣體被送回到爐體中。這種方法收集了大部分來(lái)自材料108的氣化組分，而基本上沒(méi)有稀釋。經(jīng)過(guò)4000小時(shí)的工作之后，在爐100的內(nèi)部區(qū)域觀察到冷凝物出現(xiàn)。這相對(duì)于現(xiàn)有系統(tǒng)有大約100％程度的提高。在安裝本發(fā)明的設(shè)備之前，經(jīng)過(guò)2000小時(shí)的工作之后就已經(jīng)觀察到了冷凝物。
實(shí)例2-5下面的對(duì)照表表1提供了用于在現(xiàn)有裝備構(gòu)造和工作條件下幾個(gè)不同系統(tǒng)的實(shí)例計(jì)算結(jié)果。對(duì)M1、M2、M3和M4的定義與上述一樣。M5表示以千克/秒/米為單位的提供給腔的任何額外稀釋流(例如，在對(duì)流爐中的補(bǔ)充氣流)的單位寬度的物質(zhì)的時(shí)間平均質(zhì)量流量。以厘米為單位的材料寬度(“w”)是沿垂直于材料運(yùn)動(dòng)方向的方向所測(cè)得的(間隙的)尺寸。氣相的時(shí)間平均流速(“<v>”)定義如上，單位是米/秒。壓差(“Δp”)是單位為帕的腔下圍和腔外部之間的壓力梯度。材料移動(dòng)速度(“V”)是以米/秒為單位測(cè)得的。
通過(guò)間隙的氣相組分的平均流速<v>可以用諸如熱絲風(fēng)速計(jì)的速度計(jì)來(lái)測(cè)量，隨同已知的系統(tǒng)間隙橫截面面積從公式I計(jì)算而得，或者用以下公式來(lái)估算<v>=1.288|Δp|]]>(公式2)流量Q和流量M之間的關(guān)系為M＝ρQ，其中ρ是以千克/米3為單位的氣相組分的平均密度。氣相溫度相關(guān)性可以通過(guò)理想氣體定律的代入而引入，結(jié)果如下M=(MWpRT)Q]]>(公式3)
其中MW是氣相的分子量，p是壓力，R是氣態(tài)常數(shù)，而T是氣相溫度。如果稀釋流量M1是唯一未知的量，則可以用公式I來(lái)計(jì)算M1，或者用以下公式來(lái)計(jì)算M1M1＝ρH<v> (公式4)對(duì)照實(shí)例2現(xiàn)有的空氣對(duì)流干燥系統(tǒng)由含有若干高速對(duì)流噴嘴的大封閉箱構(gòu)成。以網(wǎng)狀物形式的材料通過(guò)具有76.2厘米寬和10.2厘米高的入口間隙進(jìn)入。所述材料通過(guò)具有與入口間隙相同尺寸的出口槽離開(kāi)。該材料以大約1米/秒的速度被運(yùn)送通過(guò)間隙中心。材料由帶有有機(jī)溶劑基涂層的聚酯網(wǎng)狀物構(gòu)成，并在通過(guò)所述封閉箱時(shí)被干燥。干燥機(jī)系統(tǒng)的工作條件如下在腔內(nèi)的整體循環(huán)流量為18.6千克/秒/米，封閉箱(腔)壓力設(shè)置在-5帕。通過(guò)腔的排出流量M4是7.43千克/秒/米。由-5帕的壓力梯度所引起的、通過(guò)入口和出口間隙并進(jìn)入腔的流量M1為0.71千克/秒/米。M1由公式4計(jì)算出。由蒸發(fā)涂層溶液的溶劑所引起的流量M2(即干燥)為0.022千克/秒/米。對(duì)于可燃下限(LFL)為1.5％體積的溶劑濃度的溶劑而言，假定流量M4被保持在20％的LFL，計(jì)算M2的值。由材料通過(guò)腔的運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入間隙的凈流量M3為0。進(jìn)入腔的補(bǔ)充空氣流量M5為6.7千克/秒/米。用公式2計(jì)算出通過(guò)間隙的物質(zhì)的總的凈平均流速<v>＝2.9米/秒。算出的值由使用熱絲風(fēng)速計(jì)所得到的測(cè)量值進(jìn)行校驗(yàn)。
對(duì)照實(shí)例3現(xiàn)有的惰性氣體對(duì)流干燥系統(tǒng)由含有若干高速對(duì)流噴嘴的大封閉箱構(gòu)成。材料通過(guò)具有76.2厘米寬度和2.54厘米高度的間隙進(jìn)入。所述材料通過(guò)具有與入口間隙相同尺寸的出口間隙離開(kāi)。材料以大約1米/秒的速度被運(yùn)送通過(guò)間隙中心。該材料由帶有有機(jī)溶劑基涂層的聚酯網(wǎng)狀物構(gòu)成，并在通過(guò)所述封閉箱時(shí)被干燥。干燥機(jī)系統(tǒng)的工作條件如下在腔內(nèi)的整體循環(huán)流量為5.66千克/秒/米，封閉箱(腔)壓力設(shè)置在2.5帕。通過(guò)腔的排出流量M4是1.48千克/秒/米。由2.5帕的壓力梯度所引起的、通過(guò)入口和出口間隙并進(jìn)入腔的流量M1為0.12千克/秒/米。M1由公式4計(jì)算出。由蒸發(fā)涂層溶液的溶劑所引起的流量M2(即干燥)為0.03千克/秒/米。該流量是在將M4作為部分稀釋流M5返回到干燥機(jī)之前，從M4當(dāng)中所收回(在分離裝置處)的2％體積的溶劑中測(cè)定的。由材料通過(guò)腔的運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入間隙的凈流量M3為0。額外的稀釋流量M5為1.57千克/秒/米。該流量M5由來(lái)自分離裝置的返回流量和惰性氣體補(bǔ)充氣流組成。由公式2計(jì)算出通過(guò)間隙的物質(zhì)的總的凈平均流速<v>＝2米/秒。
實(shí)例4在本實(shí)例中，蒸汽收集設(shè)備與現(xiàn)有的間隙干燥系統(tǒng)一體集成，用以捕獲并收集離開(kāi)該間隙干燥機(jī)的氣相組分。網(wǎng)狀物由運(yùn)送系統(tǒng)運(yùn)送通過(guò)本發(fā)明的設(shè)備。網(wǎng)狀物由涂有擴(kuò)散在乙醇和水中的無(wú)機(jī)材料的聚酯膜組成。該網(wǎng)狀物通過(guò)具有30.5厘米寬度w和0.32厘米高度H的間隙進(jìn)入。材料通過(guò)具有與入口間隙相同尺寸的出口間隙離開(kāi)。所述網(wǎng)狀物以大約0.015米/秒的速度被運(yùn)送通過(guò)腔下方的間隙。排出流量M4是0.0066千克/秒/米。通過(guò)入口和出口間隙并進(jìn)入腔的流量M1大致相同，為0.0066千克/秒/米。M1由公式1計(jì)算出。對(duì)于所有的實(shí)施目的，在離開(kāi)間隙干燥機(jī)后，網(wǎng)狀物和涂層是干燥的，從而M2的值為0。由材料通過(guò)腔的運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入間隙的凈流量M3為0，并且沒(méi)有額外的稀釋流量M5。由公式1和4計(jì)算出通過(guò)間隙的物質(zhì)的總的凈平均流速<v>＝0.086米/秒。由公式2計(jì)算出壓力梯度為0.0045帕。
實(shí)例5在本實(shí)例中，通過(guò)運(yùn)送系統(tǒng)將網(wǎng)狀物運(yùn)送通過(guò)設(shè)備，該設(shè)備基本上類似于圖2-4中所公開(kāi)的設(shè)備。所述網(wǎng)狀物由聚酯膜構(gòu)成，該聚酯膜涂有由10％苯乙烯丁二烯共聚物的甲苯溶液所構(gòu)成的材料。該網(wǎng)狀物通過(guò)腔下方，從而在腔下圍和材料暴露出的表面之間形成間隙。該間隙具有15厘米寬度w和0.32厘米高度H。所述材料在具有與入口間隙相同尺寸的間隙處從腔下方離開(kāi)。所述網(wǎng)狀物以大約0.0254米/秒的速度在腔下方被運(yùn)送通過(guò)間隙。干燥機(jī)系統(tǒng)的工作條件如下加熱元件的溫度被保持在87℃，而腔溫被保持在50℃。測(cè)得的排出流量M4是0.00155千克/秒/米。由引導(dǎo)的壓力梯度所引起的、通過(guò)入口和出口間隙離開(kāi)腔的流量M1為0.00094千克/秒/米。M1由公式1計(jì)算出。由甲苯蒸氣所引起的流量M2為0.00061千克/秒/米。由材料通過(guò)腔的運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入間隙的凈流量M3為0。沒(méi)有額外的稀釋流量M5。由公式1、3和4計(jì)算出通過(guò)間隙的物質(zhì)的總的凈平均流速<v>＝0.123米/秒。
表1
從本發(fā)明基本原理的上述公開(kāi)和前面的詳細(xì)描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解本發(fā)明所容許的各種修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由權(quán)利要求及其等價(jià)物來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種用于處理移動(dòng)的不定長(zhǎng)基片的設(shè)備，其包括(a)位于所述基片表面附近的控制表面，從而在該控制表面和所述基片之間限定出一控制間隙；(b)位于所述控制表面附近的第一腔，所述第一腔具有氣體引入裝置；(c)在所述控制表面附近的第二腔，所述第二腔具有氣體排出裝置，使得所述控制表面和所述兩個(gè)腔限定出一區(qū)域，在該區(qū)域中，鄰近氣相具有一定量的物質(zhì)；其中，在引導(dǎo)運(yùn)送所述區(qū)域內(nèi)的至少一部分所述物質(zhì)時(shí)M1表示由壓力梯度所引起的進(jìn)入或者離開(kāi)所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M1’表示從所述氣體引入裝置通過(guò)第一腔進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M2表示從所述基片的至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度時(shí)間平均質(zhì)量流量，M3表示由材料運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，和M4表示通過(guò)所述氣體排出裝置所運(yùn)送的物質(zhì)的單位寬度的時(shí)間平均質(zhì)量流量，使得M1+M1’+M2+M3＝M4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，M1具有大于0但小于等于0.25千克/秒/米的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，M1’具有大于0但小于等于0.25千克/秒/米的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二腔位于所述控制表面的相對(duì)兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其中，所述控制表面為冷凝表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述氣體引入裝置和所述基片表面之間的距離近似地等于所述控制間隙的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述氣體為惰性氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述氣體在控制間隙中引入熱梯度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述氣體引入裝置為氣割刀、氣幕、或者供氣集流腔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一腔在其和基片之間限定出第一間隙，所述第二腔在其和基片之間限定出第二間隙，并且所述第一間隙、第二間隙和控制間隙的高度都是3厘米或者3厘米以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一間隙、第二間隙和控制間隙都具有相同的高度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一間隙和第二間隙中的至少一個(gè)具有與控制間隙不同的高度。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述第一間隙、第二間隙和控制間隙的高度都是0.75厘米或者0.75厘米以下。
14.一種用于處理移動(dòng)的不定長(zhǎng)基片的方法，其包括以下步驟(a)將控制表面定位于所述基片的表面附近，從而在所述基片和該控制表面之間限定出一控制間隙；(b)將第一腔定位在所述控制表面附近，該第一腔具有氣體引入裝置；(c)將第二腔定位在所述控制表面附近，該第二腔具有氣體排出裝置，使得所述控制表面和所述兩個(gè)腔限定出一區(qū)域，在該區(qū)域中，鄰近氣相具有一定量的物質(zhì)；和(d)引導(dǎo)運(yùn)送所述區(qū)域內(nèi)的至少一部分所述物質(zhì)，使得在以下條件時(shí)M1表示由壓力梯度所引起的進(jìn)入或者離開(kāi)所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M1’表示從所述氣體引入裝置通過(guò)所述第一腔進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，M2表示從所述基片的至少一個(gè)主要表面進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的時(shí)間平均質(zhì)量流量，M3表示由材料運(yùn)動(dòng)所引起的進(jìn)入所述區(qū)域的物質(zhì)的單位寬度的總的凈時(shí)間平均質(zhì)量流量，和M4表示通過(guò)所述氣體排出裝置所運(yùn)送的物質(zhì)的單位寬度的時(shí)間平均質(zhì)量流量，使M1+M1’+M2+M3＝M4。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，M1具有大于0但小于等于0.25千克/秒/米的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，M1’具有大于0但小于等于0.25千克/秒/米的值。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一和第二腔位于所述控制表面的相對(duì)兩端。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述控制表面為冷凝表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氣體引入裝置和所述基片表面之間的距離近似地等于所述控制間隙的高度。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氣體為惰性氣體。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氣體在控制間隙中引入熱梯度。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述氣體引入裝置為氣割刀、氣幕、或者供氣集流腔。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第一腔在其和基片之間限定出第一間隙，所述第二腔在其和基片之間限定出第二間隙，并且所述第一間隙、第二間隙和控制間隙的高度都是3厘米或者3厘米以下。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一間隙、第二間隙和控制間隙都具有相同的高度。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一間隙和第二間隙中的至少一個(gè)具有與控制間隙不同的高度。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一間隙、第二間隙和控制間隙的高度都是0.75厘米或者0.75厘米以下。
全文摘要
用于處理移動(dòng)的不定長(zhǎng)基片(12)的設(shè)備(10a)及方法。該設(shè)備(10a)具有定位于所述基片(12)的表面(14)附近的控制表面(15)，從而在所述控制表面(15)和所述基片(12)之間限定出一控制間隙(G)。第一腔(17)定位于所述控制表面(15)附近，該第一腔(17)具有氣體引入裝置(21)。第二腔(16a)定位于所述控制表面(15)附近，該第二腔(16a)具有氣體排出裝置(18a)。所述控制表面(15)和所述兩個(gè)腔(17、16a)一起限定出一區(qū)域，在該區(qū)域中，氣體的質(zhì)量流量受到控制，從而顯著地減小了對(duì)氣相組分的稀釋程度。通過(guò)引入受控氣流(M1’)，從而由于該系統(tǒng)中的壓力梯度而減少了不受控的周?chē)鷼饬鞯牧髁?，?shí)現(xiàn)了上述目的。
文檔編號(hào)F26B25/00GK1777784SQ200480010895
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2004年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者克雷格·A·米勒, 尼馬爾·K·賈殷, 威廉·B·科爾布 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司