用于對液體除氣的設(shè)備和方法
【專利說明】用于對液體除氣的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求2012年9月28日提交的美國臨時(shí)申請61/707，545以及2013年2月28日提交的美國申請13/781,603的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益。這些申請各自的全部披露內(nèi)容出于所有目的通過引用結(jié)合在此。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于改變一種或多種氣體在液體中的濃度的方法和設(shè)備。
[0004]在一些申請中，對液體“除氣”以降低該液體中的溶解氣體和/或氣泡的濃度。在本說明書中，使用術(shù)語“除氣”包含了去除被溶解氣體以及去除氣泡(在本領(lǐng)域中有時(shí)稱為“除氣泡”)。例如該液體可以是HPLC洗脫液、分析樣品或飛機(jī)燃料。這些應(yīng)用使用了一種“分離膜”，這個(gè)術(shù)語在本說明書中用于指代是至少一種液體基本上不可透過的一種膜并且
[0005](I)溶解在液體中的且有待從該液體中去除的氣體，和/或
[0006](2)有待添加至該液體中的氣體，
[0007]可以在該膜一側(cè)的氣體分壓大于該膜另一側(cè)的氣體分壓時(shí)穿過該膜。例如，該膜可以是水、甲醇、乙腈、正己烷、噴墨流體、噴氣燃料或其他液體燃料中的一項(xiàng)或多項(xiàng)基本上不可透過的但卻是氧氣和氮?dú)庵换騼烧呖赏高^的。
[0008]存在管狀除氣器和平面除氣器。例如可以參照US 3，735，562、US 3，591，493、US3，751，879、US 4，325，750US 4，469，496、US 5，183，486、US 5，340，384、US 5，693，122、US5, 749, 942,US 5, 980, 742,US 5, 876, 604,US 5, 980, 742,US 6, 248, 157,US 6, 258, 154,US6，309，444、US 6，315，815、US 6，494，938、US 6，596，058、US 6，709，492、US 6，949，132、US 7, 022, 157,US 7, 399, 345,US 7, 427, 312,US 7, 686, 590,EP 0973031 以及國際公開 WO2011/031333。這些專利和公開各自的全部披露內(nèi)容出于所有目的通過引用結(jié)合在此。
[0009]在許多平面除氣器中，平面的分離膜具有第一主表面，該第一主表面提供了平面流動(dòng)通道的一個(gè)壁的至少一部分，并且有待除氣的液體穿過該流動(dòng)通道。該膜的相反主表面上的壓力(通常簡單地稱為真空)小于該流動(dòng)通道中的壓力。有一個(gè)支撐構(gòu)件支撐該膜的相反主表面。該支撐構(gòu)件的作用是支撐該膜同時(shí)準(zhǔn)許穿過該分離膜的氣體流到出口。這個(gè)真空維持或有助于維持該分離膜與該支撐構(gòu)件相接觸。例如，該支撐構(gòu)件可以是一個(gè)多孔構(gòu)件或是具有多個(gè)突起的板，這些突起接觸該分離膜但彼此間隔開，從而使得氣體可以穿過這些突起之間而到達(dá)出口。
[0010]在平面除氣器(也許能更準(zhǔn)確地描述為用于將氣體添加至液體中的裝置)的其他用途中，通過使氣體穿過該支撐構(gòu)件和該分離膜并且進(jìn)入流經(jīng)該流動(dòng)通道的液體之中來將氣體添加到液體中。
[0011]發(fā)明概述
[0012]在分離膜上方使用了真空的平面除氣器的一些用途中，希望的是在真空被切斷并且除氣未進(jìn)行時(shí)液體繼續(xù)流經(jīng)該流動(dòng)通道。例如這可以在HPLC系統(tǒng)中從一種溶劑改變成另一種溶劑時(shí)發(fā)生。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)真空被切斷時(shí)，該膜可能與該支撐構(gòu)件分離并接觸該流動(dòng)通道的底部，從而阻止液體流經(jīng)該流動(dòng)通道。該流動(dòng)通道的高度越小，這個(gè)問題就越可能出現(xiàn)。本發(fā)明針對這個(gè)問題提供了一個(gè)解決方案，是通過將平面除氣器修改成使得在處于真空下以及在真空被切斷時(shí)液體都能流經(jīng)該流動(dòng)通道。
[0013]在第一方面，本發(fā)明提供了一種平面除氣器，該平面除氣器包括
[0014](I) 一個(gè)包括流動(dòng)通道的流動(dòng)板，
[0015](2) 一個(gè)包括膜傳輸區(qū)段的一個(gè)平面分離膜，該膜傳輸區(qū)段具有第一主表面和第二主表面，該流動(dòng)通道至少部分地是由該膜傳輸區(qū)段的第一主表面所界定的，
[0016](3) 一個(gè)支撐構(gòu)件，當(dāng)該第一主表面上的壓力大于該第二主表面上的壓力時(shí)該支撐構(gòu)件支撐該膜傳輸區(qū)段的第二主表面，以及
[0017](4)多個(gè)結(jié)構(gòu)特征，這些結(jié)構(gòu)特征使得當(dāng)該第一主表面上的壓力等于或小于該第二主表面上的壓力時(shí)液體能夠流經(jīng)該流動(dòng)通道。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該支撐構(gòu)件是一個(gè)包括內(nèi)部選擇板表面的選擇板，該選擇板包括(i) 一個(gè)選擇板基部以及(ii)多個(gè)選擇板元件，這些選擇板元件(a)從該基部延伸、(b)被多個(gè)互通的選擇區(qū)分隔并且(C)具有遠(yuǎn)離該選擇板基部的多個(gè)外表面。當(dāng)該第一主表面上的壓力大于該第二主表面上的壓力時(shí)這些選擇板元件的外表面接觸該分離膜的第二主表面。
[0019]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，該支撐構(gòu)件是一種多孔材料，該多孔材料是足夠剛性的而能在該第一主表面上的壓力大于該第二主表面上的壓力時(shí)支撐該分離膜。例如，該支撐構(gòu)件可以包括(i) 一種剛性的多孔聚合物材料和/或多孔金屬片材。適合的聚合物材料是從美國佐治亞州費(fèi)爾伯恩市(Fairburn, GA, USA)的寶利事公司(Porex Corporat1n)可獲得的。適合的多孔金屬片材可以通過燒結(jié)制造并且例如是從美國康涅狄格州法明頓市春天大道 84 號(84Spring Lane, Fannington, CT 06032, USA)的莫特公司(MottCorporat1n)可獲得的。
[0020]根據(jù)該除氣設(shè)備的具體細(xì)節(jié)、尤其該流動(dòng)通道的尺寸和該流動(dòng)通道的出口數(shù)量，不同的結(jié)構(gòu)特征可以使得在沒有對該膜施加真空時(shí)液體能夠流經(jīng)該流動(dòng)通道。下文描述了本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施例。任選地，流動(dòng)通道可以利用這些實(shí)施例中的兩個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的組合。在具有兩個(gè)或更多流動(dòng)通道的設(shè)備中，優(yōu)選地每個(gè)流動(dòng)通道使用相同的結(jié)構(gòu)特征來使得在沒有對腔室施加真空時(shí)液體能夠流經(jīng)每個(gè)流動(dòng)通道。
[0021]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該流動(dòng)通道包括一個(gè)入口、一個(gè)出口以及一個(gè)基部，該基部包括從該入口延伸至該出口的一個(gè)開放通道。出乎意外地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在單一入口和多個(gè)出口時(shí)并且尤其當(dāng)該流動(dòng)通道的高度小時(shí)，從該入口延伸至這些出口中僅一個(gè)出口的通道可能沒有解決這個(gè)問題并且不允許該設(shè)備在沒有真空的情況下有效運(yùn)行。因此優(yōu)選地，當(dāng)存在兩個(gè)或更多出口時(shí)，通路將該入口連接至這些出口中的至少兩個(gè)出口、優(yōu)選地連接至每個(gè)出口。例如，該開放通道從入口延伸至這些出口之一并且接著繼續(xù)連接所有出口。在一些實(shí)施例中，該通路以類似于“L”或“7”的圖案延伸。在某一除氣設(shè)備中，同一部件提供兩個(gè)流動(dòng)通道的基部，在這種情況下，部件用作開放通道，每個(gè)表面上的一個(gè)開放通道對流動(dòng)通道提供基部。這些開放通道可以是彼此直接相反的、覆蓋其部分或全部長度、或者可以遵循完全不同的路徑。例如可以在通過模制來生產(chǎn)該流動(dòng)板的其余部分的同時(shí)通過模制、或通過對已經(jīng)通過模制而生產(chǎn)的流動(dòng)板進(jìn)行機(jī)加工來生產(chǎn)該開放通道。
[0022]該開放通道可以任選地具有以下特征中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
[0023](I)它具有 0.0005 至 0.0008 平方英寸(0.3 至 0.5mm2)、例如 0.0006 至 0.0007
平方英寸(0.4至0.45mm2)的截面積。
[0024](2)它具有0.02至0.03英寸(0.5至0.75mm)、例如約0.025英寸(0.6mm)的寬度(如果寬度不均勻，則在其最寬點(diǎn)處測量)，以及0.02至0.03英寸(0.5至0.75mm)、例如約0.025英寸(0.6mm)的高度(如果高度不均勻，則在其最大高度處測量)。
[0025](3)它在整個(gè)長度上具有均勻的截面。
[0026](4)它具有總體上矩形(包括方形)或總體上U形、優(yōu)選地平底U形的截面。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，該流動(dòng)通道的基部包括多個(gè)直立特征，這些特征甚至在切斷真空并且膜已經(jīng)與該流動(dòng)通道的基部上的這些直立特征相接觸時(shí)使得流體能夠從入口流到出口。這些直立特征可以基本上防止該膜與該流動(dòng)通道的基部之間的所有接觸、或僅覆蓋從入口繼續(xù)延伸至出口的一個(gè)區(qū)域。
[0028]在另一個(gè)實(shí)施例中，該分離膜處于張力下，這樣使得在切斷真空時(shí)該分離膜的至少一部分不接觸該流動(dòng)板腔室，從而使得流體能夠從入口流到出口。
[0029]在另一個(gè)實(shí)施例中，該流動(dòng)通道包括位于該流動(dòng)通道的基部與該分離膜之間的一個(gè)平面帶孔構(gòu)件。該帶孔構(gòu)件的尺寸必須使得它在真空被切斷時(shí)在入口與出口之間創(chuàng)建一條連續(xù)的通路。因此，該帶孔構(gòu)件可以具有與該流動(dòng)通道的基部相同的線性尺寸、或可以僅覆蓋該流動(dòng)通道的基部的在入口與出口之間延伸的一部分。另外，該帶孔構(gòu)件的尺寸當(dāng)然必須使得當(dāng)該設(shè)備被用于對流體除氣時(shí)，該流體可以穿過該流動(dòng)通道。該帶孔構(gòu)件可以由金屬或聚合物材料構(gòu)成，例如不被穿過該設(shè)備的流體降解的聚合物組合物構(gòu)成，例如基于聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯、全氟代烷氧基乙烯(PFA)的聚合物、乙烯氯三氟乙烯的聚合物、或聚酰亞胺的一種組合物。該帶孔構(gòu)件