CN102883967A - 具有柔性金属合金壁的用于流体取样的容器 - Google Patents

Abstract

本发明是针对用于流体的容器。所述容器可包括柔性壁，其中所述柔性壁包括金属合金。所述金属合金可为可形成为片的任何金属合金，包含(但不限于)例如SST 304、SST 309、SST 316、SST 316L、SST 321等一些不锈钢合金、低碳不锈钢以及称为镍钛诺的镍钛合金。

Description

具有柔性金属合金壁的用于流体取样的容器

相关申请案

本专利申请案根据35U.S.C.§119主张2010年2月26日申请的第61/308,502号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案以全文引用方式并入本文。

技术领域

本发明是针对用于流体的容器。在具体实施例中，所述容器可包括柔性壁，其中所述柔性壁包括金属合金。

背景技术

例如(但不限于)瓶和罐等具有固定容积的容器或例如(但不限于)柔性壁的袋等具有可变容积的容器用来制备气体混合物以用于实验室用途或者气体或流体的取样。

此些容器可用于工业卫生和安全取样以确定环境中或处理设备中的气体浓度。为了确保准确性和可靠性，用于取样和/或容纳气态和液态物质的容器已针对特定用途而专门化。所述容器可大体上为气体不可渗透的(至少针对目标化合物)、强度高且有弹性、具有大体上惰性的内壁表面，因此在一些应用中，流体混合物或样品可能能够储存延长的时间周期而不会发生所取样或制备的混合物的组合物的显著改变。

固定容积的罐可具有由例如不锈钢合金等金属制成的壁。壁的内表面可经另外处理，例如进行化学抛光和钝化，以减少对化合物的吸收或对内含物的污染。固定容积容器的缺点包含高价格、相对高的重量、庞大以及高运输成本。固定容积容器的另一缺点来自其所需的维护和特殊的制备程序，包含在使用之前用稀有气体进行净化、加热且随后用强力实验室泵抽空到极低的压力以排空先前的流体。

对样品的处置对于固定容积容器也是困难的。从固定容积容器移除样品导致减小的压力，或在一些情况下导致罐内的局部真空。在某些应用中，必须添加额外的载体流体以补偿移除的样品且随后必须重新计算样品浓度以用于准确的未来使用。

在固定容积容器中的压力下储存的气体混合物用以用工业量来制作标准流体混合物。标准流体混合物通常在载体流体中包括相当高浓度的一种(或一种以上)组分。对于在例如校准分析设备中的实验室使用，可能用额外的载体流体稀释此些标准品以获得用于特定应用的适当浓度。

由于固定容积容器的缺点，用于运输、保存和容纳用于实验室或工业卫生用途的混合物的最广泛使用的容器是包括柔性壁的容器。通常，柔性壁由惰性的低渗透性材料制成。所述壁应具有所容纳和/或目标组分在壁上的低吸附性。具有柔性、低渗透性、低吸收性的壁的容器(例如，取样袋)广泛用于流体取样、空气取样以及液体取样。取样袋具有通常包括例如Kynar(六氟丙烯-聚偏氟乙烯)和Tedlar(经改质的聚氟乙烯聚合物)等材料的壁。

为了用样品或混合物填充此些容器中的任一者，需要一些准备。应对袋进行净化，随后进行冲洗以用于使先前内含物的任何残余物解除吸附且应使其容积减少到实际上尽可能小，优选大体上为零。任何吸附的残余物或剩余内含物都可影响或污染未来的流体混合物或样品流体。

用于制作取样袋的塑料材料具有低但是可测量的渗透性，且制造商通常公开包含具有不同壁组合物的取样袋的渗透性的数据。渗透性数据是相对于不同的流体、混合物和气体样品在某一时间周期中而提供，且可用实验方式确定。在取样袋中当流体与袋的内壁接触时存在至少两种发生的过程影响组分的浓度，包含在取样袋的壁上的吸附以及穿过取样袋的壁的扩散。对于一些低浓度样品，尽管主张低吸附性，但所取样材料的回收率可能仅为所取样组分的85-90％，即使在袋被装载之后短时间内也是如此。这些损失主要是由于在壁上的吸收以及穿过塑料壁的渗透。虽然壁可经清洁或是新的，但可能的吸附位点中的一部分仍在袋壁上是起作用的。

为了控制经由气体渗透的损失，针对不同的所取样物质使用不同的材料。甚至例如特氟龙(Teflon)和其它氟化塑料的材料也具有某种可测量的气体渗透性。

可通过使用具有包括不同材料层的壁的取样袋来减小渗透性。一些多层取样袋包含夹在聚烯烃层与聚酯层之间的铝箔。此些袋已展现出针对某些目标化合物显著减小的但仍可测量的渗透性。为了实现良好的多层组装和附着，某些层可包括低熔点聚合物，例如聚乙烯。然而，聚乙烯可能发出低浓度的残余单体，其污染所取样的容积。取样工业接受且补偿样品的这种缺乏时间稳定性以及取样袋内的样品污染，因为取样袋的使用与用较稳定的固定容积容器相比来说容易许多倍并且更便宜。通过柔性壁取样袋进行的所有取样当前都是用取样泵来执行的。

需要一种取样容器，其将具有取样袋的所有便利性以及用硬壁罐进行取样的稳定性。

还需要一种取样容器，其允许操作者进行直接抓取法取样而无需使用机械泵。

此外，需要一种方便的容器，其将允许在短的或延长的时间周期中进行自取样。

再者，需要一种多功能取样夹具--取样头，其可容易地例如通过一只手来操作，不仅具有开/关功能，而且允许快速切换到不同的取样模式，例如不同的喷嘴，以用于通过一系列气动阻力件将流体样品引入袋体；直接地或经由阀上的隔膜来从袋内含物进行取样；以及袋内含物到其它流体分析系统的快速流体连接。

发明内容

本发明是针对具有柔性壁的容器和形成此些容器的方法的实施例。实施例包含一种取样袋，其包括至少一个柔性壁，其中所述柔性壁包括至少一个包括金属合金的层。实施例进一步包含入口。所述入口可包括以下各者中的至少一者：开/关阀、流量控制阀、管道、隔膜、管道连接器、流量限制器、连接到泵的管道，或获得样品或递送流体所需的其它装置。阀的实施例可包括快速断开连接器和/或多个入口，所述多个入口包括经成形的小孔，从而得到在相同流动条件下的不同流动特征。快速断开连接器可用来将各种不同附件附接到所述阀。

所述柔性壁可包括至少一个包括金属合金片的层。在一些实施例中，柔性壁可由金属合金片组成。在其它实施例中，柔性壁可基本上由金属合金片组成。具有柔性壁的取样袋或容器的其它实施例可具有额外的层或其它组件。

容器和取样袋的实施例包含金属合金片，其形成取样袋的大体上整个内表面。在此些实施例中，在内表面上可存在其它材料，例如(但不限于)在袋的外围周围或在壁中的任何入口或其它孔口周围的密封材料。

在一更特定实施例中，取样袋包括两个柔性壁，其经接合以形成取样袋。柔性壁可在内部容积的外围处经气密密封以形成取样袋。

可使用提供足够的柔性以及对所取样气体的不可渗透性的任何金属合金片。举例来说，金属合金片可具有在10到100微米的范围内或在25到50微米的范围内的厚度以促进折叠。

本发明的实施例还针对形成容器或取样袋的方法。形成取样袋的方法的实施例包括密封至少两片耐腐蚀金属合金片的周边以形成所述取样袋，以及提供用以进入所述两个片之间的空间的入口。所述片可通过任何方法来密封，包含(但不限于)例如焊接两个片、激光焊接两个片、胶粘两个片、在具有垫圈的情况下折叠且卷曲片。在密封之后，片的周边可包括接缝，所述接缝可为0.5到1.5mm宽。

可通过在所述金属合金片中的至少一者中形成孔口来提供经密封的片之间的空间的入口。所述孔口可通过例如冲孔冲出孔口、切割切出孔口或激光切割切出孔口来形成。形成取样袋的方法可进一步包括在孔口中安装阀。可通过使用垫圈安装所述阀来密封所述孔口。

形成取样袋的方法的实施例可进一步包括对所述两个片之间的所述空间进行钝化。对所述两个片之间的所述空间进行钝化可包括将酸添加到所述取样袋。所述酸可为例如硝酸或柠檬酸，且成有效地使金属合金的表面钝化的任何浓度，例如(但不限于)在从3％到5％的范围内的酸的浓度。在钝化之后，可对所述袋的内部进行干燥。对袋的内部进行干燥可包括将所述袋加热到高于60℃的温度，且同时例如通过孔口将真空施加到袋的内部；也可使用其它干燥方法。可用酸执行在密封周边之前对片中的每一者上的至少一个内表面的化学钝化。

本发明的另一实施例包括具有快速打开取样阀的取样袋。所述阀可包括底座和阀杆，阀杆包括连接器，其中当所述阀杆的纵轴平行于所述底座的纵轴而定向时阀打开，以及当所述阀杆的所述纵轴垂直于所述底座的纵轴而定向时所述阀关闭。取样阀可进一步包括能够接纳多个取样附件的快速断开连接器。所述取样附件可包含(但不限于)例如管连接器、隔膜固持器或包括经校准的气动阻力件的入口。包括经校准的气动阻力件的入口可基于取样袋与待取样的环境的典型差压而经校准以在选自15分钟、30分钟、一个小时、两个小时、四个小时、八个小时或二十四个小时的时间中至少部分地填充所述取样袋。

取样阀的另一实施例可包括多位置阀，其中所述多位置阀包括至少两个入口和一个三位置阀。所述入口中的每一者可包括不同的经校准的气动阻力件流动路径，其中所述入口中的每一者针对相同条件下的不同流动速率而经校准。

多位置取样阀的另外实施例可包括三个可选择的入口，其中所述入口中的每一者针对相同条件下的不同流动速率而经校准。举例来说，多位置阀的实施例可包括可旋转的转塔，所述转塔用于选择性地将所述阀打开到所述入口中的一者或用于关闭所述阀。所述转塔可与第二阀组合，其中所述第二阀是具有两个位置的开/关阀，其中一个位置打开所述阀且第二位置关闭所述阀，其中所述第二阀包括底座和阀杆，其中当所述阀杆的纵轴平行于所述底座的纵轴而定向时所述第二阀打开，以及当所述阀杆的所述纵轴垂直于所述底座的纵轴而定向时所述阀关闭。

通常被视为非常硬但仍可破裂(冷脆)的一些材料可通过其它方法而制造为薄层或片，因此变为柔性且可保形的。举例来说，例如SST 304、SST 309、SST 316、SST 316L、SST 321等一些不锈钢合金、低碳不锈钢以及称为镍钛诺的镍钛合金已变为在某种程度上薄的柔性片中可用。本发明的取样袋的实施例可包括壁，所述壁包括柔性不锈钢合金片。取样袋的另外实施例可包括柔性镍片或钛薄片。

本发明是针对使用薄片不锈钢或其它高度耐腐蚀合金用于取样袋壁。另外的实施例是针对用于密封具有壁的此些取样袋的方法，包括针对不同需要(不同气体和混合物的取样)处理内表面和外表面。由不锈钢或此些合金制成的袋可为耐久的、可容易清洁的且可在高温下经净化掉任何可能的残余物。不锈钢或合金袋可为对罐的便宜得多的替代方案以及对塑料取样袋的好得多的替代方案，从而避免了这两者的已经提到的固有缺点。另一方面，在此工艺的许多技术限制中并没有从薄片金属制造取样袋的经验或提示。

本发明还针对取样袋的设计，其允许通过使用手持的侧面板和/或通过包括通路以打开袋而产生欠压(将把经取样的流体推进到内部)的弹簧来进行取样而无需泵。

本发明还针对取样袋，其包括允许开/关功能的入口/出口封壳、用于短期和/或长期取样的流动路径以及用于样品取出的隔膜。

所属领域的技术人员在审阅以下结合图式对本发明的具体示范性实施例的描述后将明了包括金属合金的取样袋的实施例的其它方面和特征。虽然可能相对于某些实施例和图式来论述特征，但所有实施例均可包含本文论述的特征中的一者或一者以上。虽然本文可能将一个或一个以上特定实施例描述为具有某些有利特征，但此些特征中的每一者也可整合到本文论述的本发明实施例的各种其它特征中(除了此整合与所述实施例的其它特征不相容的情况外)。以类似方式，虽然下文可能将示范性实施例描述为系统或方法实施例，但应了解，此些示范性实施例可在各种系统和方法中实施。

附图说明

图1描绘具有两个柔性壁的取样袋的实施例，所述壁包括金属合金薄片的层；图1a展示处于大体上不具有内部容积的平坦化状态的取样袋，且图1b展示处于经填充或装载状态的取样袋；

图2A描绘侧壁和接缝横截面，其中图2A-a展示具有包括单片的金属合金的壁的取样袋的实施例，所述片焊接了接缝而无裕量；图2A-b展示包括金属合金单片的壁的取样袋的实施例，所述片经电阻性焊接有接缝且具有一些突出的材料；图2A-c展示具有热层压金属合金片的取样袋的一侧，所述片经塑料到塑料方式的热密封，其中在接缝上具有额外条带；图2A-d展示具有外表面热层压金属合金片(热密封)的取样袋的实施例；图2A-e展示具有两侧热层压金属合金片的取样袋的实施例，在内侧上具有碳氟化合物材料且在外侧上具有在接缝上的额外材料；图2A-f展示金属合金片的两侧，所述金属合金片具有带有热接缝的两个塑料片；图2A-g展示包括外侧层压金属合金片的取样袋的实施例，其中碳氟化合物垫圈突出到接缝中；图2A-h展示包括金属到金属接缝的取样袋的实施例，所述接缝是通过将材料重叠且将一个片折叠到另一片上且在密封之后进行热层压而形成；

包含图2B-a和2B-b的图2B描绘取样袋的两个实施例的横截面，其中图2B-a展示包括两个(或两个以上)流体互连腔室的设计，且图2B-b描绘包括壁的袋，当袋为空时两个壁的表面的同心波纹全等地啮合；

图3展示具有侧面板的包括包含金属合金片的壁的取样袋的实施例，所述侧面板包括具有与袋的周边重叠的可收缩的手柄的刚性面板以及具有软手柄的部分面板，图3-a展示具有手柄的袋的透视图，图3-b展示手柄经接合的透视图；

图4展示包括具有金属合金片的壁的取样袋的实施例，所述袋具有侧面板和条带形状的手柄，图4-a展示手柄接合的初始位置；图4-b展示手柄被拉出且取样袋经填充；

图5展示填充有样品的取样袋的透视图，其中入口27关闭以准备好邮递或分析；图5-a展示具有重叠的面板和预切割的手柄的取样袋；图5-b展示具有小面板(小于壁的大小)和软手柄的取样袋；

图6展示具有包括柔性金属合金片的壁的取样袋(金属合金袋)的透视图，其中侧面板由弹簧推出以用于自取样，且取样头具有带有气动阻力件的可选择的入口或隔膜；

图7展示具有基本的多功能取样头(具有开/关功能)和取样附件的取样阀，其中取样附件可包含具有可选择的气动阻力件的取样管、隔膜、安装在可旋转且流体互连的转塔上的可选择的气动阻力件，准备好通过安装在旋转的转塔上的经校准毛细管来进行取样；

图8-A展示取样头或取样阀的实施例，其能够通过将阀杆旋转90°到关位置且返回90°到开位置而打开，转塔上的毛细管流体断开，且快速连接插口连接到半硬管道；图8-B展示取样头或取样阀的实施例，其旋转90°到“关”位置，转塔上的毛细管流体断开，且倒钩式管连接器插入到快速连接插口中；以及

图9展示包括快速断开耦合件的取样袋的实施例，其中所述快速断开耦合件附接到流量喷嘴，所述流量喷嘴包括用于定制取样时间的经校准的气动阻力件。

具体实施方式

本发明是针对具有柔性壁的容器以及取样袋的改进。本发明是针对用于固持实验室标准品、工业卫生取样物或者其它气体或液体的取样袋。在一个实施例中，取样袋包括至少一个柔性壁。可对具有柔性壁的取样袋进行充气或放气以增加或减小取样袋的内部容积。取样袋的实施例包括至少一个柔性壁，所述柔性壁包括至少一个包括金属合金的层。在某些实施例中，所述金属合金是取样袋的壁的内层上的金属合金薄片。包括金属合金的层可为金属合金片。

如图1a和1b所示，取样袋的典型实施例将包括两个柔性壁，其中每一柔性壁包括至少一个金属合金片的层。取样袋的实施例包括一封壳，所述封壳包括至少一个柔性壁和一入口，其中所述柔性壁包括至少一个金属合金片的层。包括金属合金的柔性壁允许取样袋具有可改变的容积，这类似于具有塑料壁的取样袋，且包括金属合金或由金属合金组成的层为取样袋提供了固定容积金属容器的低渗透性和吸收性。取样袋的实施例可包括两个柔性壁或由两个柔性壁组成，其中每一柔性壁包括至少一个包括金属合金片或由金属合金片组成的层。在此些实施例中，所述两个柔性壁可直接或间接接合在一起以形成取样袋。在此些实施例中，取样袋的两侧可经膨胀以增加取样袋的容积，且随后经压缩以使容积减小回到大体上零以排出膨胀的取样袋内的大部分气体。以此方式，取样袋可容易清洁并准备使用。

金属合金片可用以形成柔性壁的层。金属合金片可为任何形状，包含(但不限于)矩形、正方形、矩形、椭圆形、圆柱形、折叠形状(例如手风琴形状或其它折叠形状)，或形状的组合。一些形状可能对于某些应用更有利，因为所述形状可更有利于取样袋压缩到最小容积，因此排出取样袋的先前使用的残余样品的大部分。构成金属合金壁的层可为平坦的、波纹状的、槽形的、折叠的或以另外方式配置以促进充气和放气。

金属合金片的层可为具有针对特定应用所需的性质的任何所需厚度。这些性质包含强度、柔性、渗透性、弹性以及其它所需性质。在一些实施例中，金属合金层可具有在1微米到100微米的范围内的厚度。在其它实施例中，金属合金层可具有在从20微米到60微米或从25微米到50微米的范围内的厚度。如果需要，那么柔性壁可包括具有类似或不同厚度的一个以上金属合金片，所述类似或不同厚度提供所需性质的组合。

如本文使用，“金属合金”可为包含纯金属或不同金属的组合的任何金属。金属合金可为具有强度、柔性、弹性、渗透性和吸收性的所需性质的任何金属合金。在一些实施例中，金属合金可为(但不限于)例如SST 304、SST 309、SST 316、SST 316L、SST 321等不锈钢合金、低碳不锈钢、镍钛诺、镍或钛。具有所需性质的其它金属合金也可用于本发明的实施例中。举例来说，柔性壁的层可基本上由平坦的不锈钢片或波纹状不锈钢片组成。如果取样袋可被充气和放气至少一次，那么金属合金片的性质是足够的。

此外，取样袋可包括附着、附接或以另外方式连接到柔性壁的面板，如由相同发明人在2011年2月16日申请的题目为“用于流体取样的装置(Device for Fluid Sampling)”和“具有复合灵活壁的用于流体的容器(Containers for Fluids with Composite Agile Walls)”的待决专利申请案中描述。取样袋的相对使用简单的实施例可包括两个柔性壁，其中每一壁包括附接到壁的外表面的面板。所述面板可包括能够附着到壁且被牵拉以使取样袋充气或被压缩以使取样袋放气的任何材料。举例来说，所述面板可包括选自例如纸板、波纹状纸或波纹状板的材料。取样袋可进一步包括弹簧，所述弹簧能够使面板彼此分开或朝向彼此而偏置以将取样袋推动到初始形状。

如图1a和1b所见，具有金属合金壁12的取样袋10的实施例是大体上矩形形状。如图示，袋的隅角可经圆化或带斜面以便避免隅角中存在流体残余物。对于矩形取样袋的某些实施例，接缝应尽可能靠近周边以限制过量材料的量。超过接缝的过量材料可能带来袋的不期望的(在某些应用中)刚性、柔性的减少或当取样袋经装载时应力点的产生。包括金属合金壁的取样袋10的实施例与具有相同大小的壁片段塑料壁的类似大小的取样袋相比可具有稍微减少的容量。可增加或减小金属合金壁的大小以调整取样袋的充气容积。

如其它取样袋中，取样袋的过量边材料以及过量充气可能导致侧壁皱纹。皱纹可能在接缝中的局部化点(应力点)处产生张力且加快袋的磨损。包括包含金属合金的柔性壁的取样袋10与塑料袋相比的一个优点在于，金属合金片大体上不具有壁渗透性，且能够储存样品历时延长的时间。举例来说，样品可储存比任何塑料取样袋长几倍的时间。金属合金制成的袋可比塑料壁的取样袋的持久时间长数十倍，且带来显著的总体效率。所述袋与固体壁罐相比在其重量、大小、小体积、较省力的使用以及低邮递成本方面具有优点。具有金属合金壁的取样袋的实施例组合了塑料取样袋与固定容积金属容器的优点而没有缺点。

另外的实施例可包含一种形成取样袋的方法。用于形成取样袋的方法的实施例可包含未以特定次序呈现的以下步骤中的至少一者。取样袋10的壁12的薄金属合金片可通过多种方法来密封。取样袋的金属合金壁可经受化学抛光，尤其是壁的内侧。化学抛光可通过任何已知方法执行，例如在例如35到50℃下在阳离子表面活性剂和铁氰化物络合物的存在下用基于盐酸、硝酸和羟基苯甲酸的混合物的反应剂来处理所述壁历时6到12小时。

又一步骤可为对柔性壁的内侧的化学钝化。可通过在50℃下至少使内壁与3％柠檬酸接触历时2小时来执行化学钝化。

此外，另一步骤可包含切割多片金属合金片。举例来说，一种方法可包含切割用于壁的两片类似大小的矩形薄金属合金片。这些步骤的组合可用以在金属合金的内表面上形成极为光滑的、薄的且化学稳定的层。可能的额外步骤包括在金属合金片中的至少一者中切割孔口。举例来说，金属合金片中的一者可经冲孔以形成一孔口，所述孔口具有能够容纳适当的取样头夹具27或其它取样阀或隔膜的底座的尺寸。夹具27的底座可通过使用例如垫圈11而牢固地安装在所述孔口中以确保气密性。所述底座可使用粘合剂来永久地安装。又一额外步骤可包含例如在经安装的夹具27的情况下切割一个金属合金片以使得其与另一壁重叠。随后，可例如通过例如粘合剂、垫圈、机械夹持、激光焊接、在接缝中围绕周边的电阻性焊接、其它密封方法或密封方法的组合来将两个片密封在一起。通过焊接工艺产生的取样袋的边缘上的接缝可为例如0.5-1.5mm宽。

可能期望夹具27可从取样中移除。举例来说，夹具27可包括可移除的上部零件，其将提供对取样袋的内部空间的进入。用以制作取样袋的可能的又一步骤可为在袋形成之后通过移除夹具27且添加钝化化学品来使接缝的内侧区域钝化。激光焊接电阻性焊接或其它热关联的密封技术可能导致在壁上形成有色氧化物。可用硝酸或柠檬酸溶液通过添加酸溶液或用溶液大体上填充袋到顶部历时用于钝化的程序所必要的时间，来执行清洁或钝化。举例来说，可通过3到10％酸溶液与金属合金接触历时2小时以上来执行钝化。钝化时间可取决于若干因素，包含在密封或其它过程期间接缝的氧化程度。在接缝钝化之后，可对袋进行干燥以移除残余物。对取样袋的内部空间的干燥可通过常规手段来执行，例如通过在真空炉中在升高到100℃温度下对袋进行加热或任何其它手段来执行。如果夹具27的顶部零件在任何先前步骤中被移除或尚未安装，则可对其进行更换。

此外，可测试取样袋是否存在泄漏。泄漏可存在于接缝中和垫圈11周围。泄漏测试可通过任何已知方法来执行，例如(但不限于)泡沫-气泡方法或压力测试。在某些实施例中，取样入口27可由在高温下稳定的材料制造，例如类似于PTFE、FEP、Delrin^TM(乙缩醛)、PTFE填充的Delrin-AF^TM等碳氟化合物，或由金属合金制造，例如钛或不锈钢。暴露于取样袋的内部容积的所有组件均由相同材料或具有类似性质(例如渗透性、组合物和/或吸收性质)的材料制成。举例来说，在用高温约200℃纯氮气或纯空气对袋组合件10进行干燥或净化的情况下，取样袋中的金属阀将不会受到不利影响。在使用之后可应用类似的温度来净化和抽空经激光密封的袋。

图2A-a展示取样袋的实施例上的接缝的横截面。仅由金属合金片壁12制成的取样袋10可具有包含隅角的尖锐边缘以及沿着壁接缝的尖锐边缘。为此原因，为了确保安全性质或为了其它原因，壁的材料可在外侧用塑料层或部分层来层压。所述塑料层可具有电荷耗散性质。此过程可包含使用硅粘合剂层压物的冷层压或使用适当材料的热层压。在某些实施例中，层压材料可具有相当高的热稳定性以进而在用具有较高沸点的某些挥发性有机化合物(VOC)净化内侧容积的情况下承受相对高的温度，例如，所述塑料材料在100℃以及高于100℃下是热稳定的。

在具有冷层压的实施例中，如果不预期高沸点VOC的取样，则可与强丙烯酸粘合剂一起使用例如薄乙烯基等材料。较优选的是用基于硅的粘合剂层压的薄达1到4密耳的片的碳氟化合物，因为用此方式层压的袋可经热处理高达200℃而不会损失与其它塑料或粘合剂一起使用的袋的任何密封性质。碳氟化合物和硅粘合剂不会漏气，这可为另一重要特征，使得其不会因漏气而污染所取样的流体。所述层压物可突出超过金属合金片6-12mm以确保所述两个表面之间的良好粘合。突出的裕量将是灵活的，且可能不会导致形成皱纹。图2A-b展示此接缝的横截面。

制造袋的另一方法是从金属合金薄片制造，所述金属合金薄片经初步清洁和钝化且随后从一侧或两侧进行层压。当对一侧进行层压时，所述过程是不同的。如果对一侧进行层压，那么层压材料可从每一侧向外突出8-15mm。在此些实施例中，金属合金片应重叠，这可通过穿过透明或半透明的层压材料进行观察或通过机械手段来容易控制。

可添加到形成取样袋的方法的额外步骤可包含对取样袋的壁进行热密封。取样袋的实施例的内侧可包括金属合金片12或由金属合金片12组成，外侧可为塑料层压物14，如图2A-d中所示。在此步骤中，热密封工具的爪可与金属合金材料的一部分重叠，且向外突出以对塑料进行热密封。在热密封之后，接缝横截面可看上去如图2A-c中所示。在此不具有对金属合金片的直接密封的实施例中，经完全装载的袋中的流体可与接缝中的塑料材料的区域接触。外部层压物的塑料材料在取样袋的内侧上的接触表面与金属合金壁的表面积相比是相对小的。由此，流体组分穿过层压物的任何扩散是极为不可能，原因在于内侧接触经由层压物与外侧环境之间的距离。此接缝的厚度可通过从所述接缝添加条带或在壁的边缘上在接缝区域上添加较厚材料来增加，如图2A-d所示。此类型的接缝是便宜的，且进一步支撑接缝以防因过压带来的损坏。

对于取样袋的另外的实施例，例如在侵入性的含有硫的化合物的取样中使用的实施例，袋的接缝的内侧也可通过碳氟化合物层14来层压。在一些实施例中，此层压物14可经完成以使得层压物延伸越过金属合金片12的边缘0.5-1mm，且随后对外表面进行热层压或通过其它构件13进行密封。图2A-e展示此接缝组合件的横截面。在一些实施例中，塑料材料延伸越过所述片且被热密封。添加到金属合金壁的内侧的层也可包括其它塑料材料。内部层可对所取样的组分是惰性的但是稍微可渗透的，在此实施例中，金属合金壁提供对组合壁的不可渗透性。

为了避免当壁12内侧未如所描述而层压时壁边缘18(未经特定处理)的暴露，可在接缝中引入垫圈条带，例如碳氟化合物垫圈，如图2A-f所示。具有包括硅粘合剂的冷接缝的包括碳氟化合物的袋可承受高达180-200℃的温度。其它实施例可被加热到80℃而不会损失性质。当对袋进行加热并抽空以用于例如净化和清洁或用于热气体取样时可能达到这些温度。

用于密封金属合金片以形成袋的另一手段是例如通过将金属合金片12折叠一次或两次以形成接缝21来机械地密封袋。可在折叠之前在折叠区域中引入硅粘合剂。折叠接缝展示于图2A-h中，且由于多个金属合金层而与其它密封方法相比可具有更高刚性和更低柔性。刚性可在充气时导致在侧接缝和壁上的皱纹以及在隅角点中的某种张力。这些实施例也可包含额外的层14。

为了避免柔性壁中的可能在形成于皱纹末端处的应力点处导致材料疲劳的深皱纹。如已经提到，应当用比具有相同外部尺寸的塑料袋小的容积来填充金属合金袋。如图2B-a所示，使袋具有两个或两个以上互连腔室是避免深皱纹的优选方法。在低充气和完全充气的容积下展示图2B-a中的实施例的横截面，以便使经平坦化的袋中的非常靠近且不可分离以进行观察的壁可见。

图2B-b描绘另一实施例，其中取样袋的两个壁是波纹状的，具有处于大体上同心圆中的凹槽和脊部。此波纹允许将壁“拉伸”远超过图1所示的使壁平坦化可允许的位置，且不形成皱纹。在经平坦化的袋中，壁经全等地啮合且一个壁用虚线展示。在图2B中可见，在拉伸之后，凹槽和脊部在变得较浅，且正弦表面的拉伸比图2B-b的中间所示的初始情况更长。可通过例如滚动管路或压制成形来执行波纹化。

存在多种取样袋的实施例，且仅展示几个实施例。可见，容易根据取样需要来调整具有稍微不同性质的制造、组装和设计。具有柔性壁(包含金属合金片和/或塑料层压物两者)的取样袋的实施例中的任一者可另外包括能够辅助取样袋的使用的面板23。如图3中所示，所述面板可包括手柄，手柄25可为可收缩的，从与图3-a所示的面板相同的材料部分地预切割，且如图3-b、图4-a和图4-b所示由手或其它机构接合。例如(但不限于)纸板、波纹状纸或塑料板等材料适合于侧面板。图4展示通过简单地向外牵拉袋的两个侧面板来膨胀和填充取样袋的过程。与尤其针对抓取法取样的任何其它泵方法相比，这种取样是极为有利的。可对袋进行填充和净化连续若干次以允许所取样的流体混合物在袋壁上的动态平衡。通过任何现有的取样袋或取样方法无法容易地执行此程序。由管道和泵带来的污染和损失显著减少。与常规的泵-袋组合系统的85-90％相比，回收率可接近于100％。与储存在塑料袋中的样品相比，样品浓度稳定的时间长约若干倍。图5-a展示一个袋，其中在填充之后侧面板23与袋的壁重叠。图5-b展示一个袋，其中侧面板23小于袋的壁的大小，所述袋具有附接到侧面板23的可折叠的手柄26，所述手柄26由其它软材料(织物、网、塑料带等)的条带制成。

图6展示包括柔性壁的取样袋的另一实施例。侧面板23由硬的刚性材料制成。在图6所示的实施例中，例如硬的丙烯酸系物、聚丙烯、ABC或聚碳酸酯片等材料适用于侧壁。侧面板23可通过定位于面板23之间的弹簧28而经偏置远离彼此。取样袋从平坦的空位置的膨胀在取样袋22内产生欠压，其产生对流体进入袋的驱动力。所述弹簧可选自包含以下各者的群组：片簧(如图示)、波状弹簧28、对顶(crest-to-crest)弹簧或者螺旋弹簧或卷簧。对于若干实施例最优选的可为所选的片簧和对顶弹簧，原因在于其与膨胀弹簧的高度相比较小的初始高度，其允许在简单设计的面板的情况下袋22为空时侧面板23定位成非常靠近。图6所示的设计的优点在于，取样袋可用以执行自取样过程。自取样提供了在没有泵的情况下的长期取样的便利性。为了执行长期自取样，应在取样周期中达到一致的低流量。

取样袋的实施例可进一步包括多功能入口阀。所述阀可包括不同特征，包含具有简单截止阀的入口以及具有受限流动速率的入口。简单截止阀具有开/关能力，且主要用于抓取法取样。抓取法取样可通常用来获得工业卫生环境样品的“瞬时”样品。随后在实验室中分析所述样品以确定在取样时存在的各种组成物的浓度。具有受限流动速率的入口可用以在取样周期中获得样品。随后可在实验室中分析所述样品以确定在所述取样周期中各种组成物的平均浓度。所述取样周期可为任何所需的时间周期，例如(但不限于)十五分钟、三十分钟、一个小时、四个小时或八个小时。

大体上，取样阀的实施例可与根据快速抓取法取样和/或延长的时间周期内的取样的新型取样方法一起使用。常规的取样阀无法执行所有这些功能。常规的阀是主要方便用于抓取法取样的简单截止阀。必须设计完全新的取样入口/出口流量调节装置来实现所有必要的要求。

图7、8-A、8-B和9展示取样阀或取样头50的实施例。取样头50具有若干不同特征和功能。

图7和8所示的实施例包括开/关控制阀，且可通过枢转阀杆35而打开(开)和关闭(关)，其中当阀杆的纵轴平行于底座的纵轴而定向时阀打开，以及当阀杆的纵轴垂直于底座的纵轴而定向时阀关闭。当然，所述操作可颠倒，其中当阀杆的纵轴垂直于底座的纵轴而定向时阀打开，且当阀杆的纵轴平行于底座的纵轴而定向时阀关闭。取样阀或取样头可用于抓取法取样，或通过到阀杆的连接或中间零件而连接到例如管道和泵等其它取样装置，所述中间零件例如为管连接器52、倒钩式管连接器53或其它连接器或入口装置。通常，连接器和其它零件可用垫圈33密封。

取样阀或取样头50的实施例可包括具有经校准的气动阻力件的入口36。具有经校准的气动阻力件的入口36经设计为在一个时间周期中具有一致的流动速率。具有经校准的气动阻力件的入口36经设计为在所需时间中将流动速率维持在指定的流量范围内，即使在一些压力波动的情况下也是如此。具有经校准的气动阻力件的入口36可用于在延长的取样周期中取得样品。取样阀或取样头的实施例可具有一个以上具有经校准的气动阻力件的入口36。可针对不同取样周期来校准所述入口以容易地用同一取样袋来适应不同取样程序和操作。

取样阀或取样头的实施例可包括位于阀杆35上的快速连接。所述快速连接可用以对取样阀或取样头50添加各种附件。此些附件可包含(但不限于)：具有隔膜40的夹具，用于注射器/针头转移或流体取样；管道连接器52，用于流体转移；倒钩式管道连接器53，用于流体转移；具有气动阻力件的入口39，其是针对特定取样周期和/或流动速率而设计。可通过改变例如入口39的流动路径的长度和/或直径来调整取样周期和/或流动速率。

取样头50的使用可取决于取样类型——抓取法取样或延长周期取样而涉及若干步骤。对于抓取法取样，可通过例如用手、用机器或用重物推动壁来使取样袋平坦化。可例如如图7所示打开袋的取样阀或取样头以排空样品。取样袋也可连接到真空源以排空袋。这可通过将半硬管道52或倒钩式管连接器53(见图8-A、8-B中)附接到快速连接插口42来执行。真空泵可为注射器、袖珍型泵或其它真空源(图中未图示)。随后，将取样头50沿着90°角枢转到图8A所示的垂直位置(未引入隔膜组合件42)。当取样头50再次折叠到如图7的平行位置时，可移除隔膜组合件42，且简单地通过快速进入流来执行取样。所述操作可重复若干次以确保目标组成物的壁饱和以及较好的样品回收率。在组合件10的袋22展示为含有样品之后，可将取样头再次枢转经过90°角，且可将取样隔膜组合件42连接到阀杆35。袋组合件准备好用于装运和/或取样。此外，当球阀34如图7中再次打开时可经由隔膜40取出用于实验室分析的样品。或者，也可通过用如图8-A所示的用于流体转移的半硬连接管52替换组合件42来取得样品。在许多实施例中，所有操作可在一分钟内执行。在需要时，可仅紧接在完成取样之后仅用一只手执行球阀开/关功能。当如图4所示的执行使用两只手来打开袋组合件时，阀的一只手操作对于抓取法取样是有利的。

对于长期取样，袋10处于图7所示的起始位置，当阀杆插口35上的孔口44与气动阻力件36(图7和图8中展示为微型毛细管)对准时六角插口37设定于适当位置。阀杆35上的插口与隔膜组合件42配合，且流量可能仅通过气动阻力件36。阻力件36经校准以用于经标准化取样时间中的一者的长期取样：15分钟、30分钟以及1个小时、2个小时、4个小时、8个小时、24个小时(或其它所需时间)。在取样时间期满之后，将转塔转动到气动阻力件未与孔口44流体连接的角度，将取样头50弯曲于90°角，且袋组合件10准备好装运或立即分析。此外，隔膜组合件42用于注射器/针头样品取出，或隔膜可在需要时由用于流体转移的半硬管连接器替换。组合件42也可由插口39中的任何气动阻力件针对其定制和校准来替换，如图9所示。

特征

本发明建议具有原始类型的取样入口(取样头)的新颖类型的取样或自取样袋的实施例。带来许多新特征的两种新颖性与用袋或罐进行取样的所有现有技术相比：

-无需任何类型的泵来排出流体或填充流体到容器中

-无需电池充电和维护

-无需泵校准

-极容易通过多功能取样头改变取样模式——抓取法取样/历时若干预定取样时间的长期取样

-极简单的操作——无需特殊限定条件

-便宜的取样过程——低使用成本

-一个人可运行若干并行的取样装置或连续的取样操作。劳动力的极有效性

-仅用一只手来操作取样头上设定的主要模式

-低制造成本

-在抓取法取样的情况下的较高回收率——接近于100％

-在外部管线或内侧泵的壁上大体上无吸附

-大体上无交叉污染

-所有直接取样的容积都是可用的

-总是准备好进行取样

-当排空且入口关闭时，许多容器可配合在相对小的容积中(便携性对于现场取样来说极为重要)

-当经装载时，装置是便携的且容易邮递

-装置本质上是安全的且提供本质上安全的取样。

所描述的方法和具有灵活壁的取样袋的实施例不限于本文揭示的特定实施例、方法步骤以及材料，因为这些配方、工艺步骤以及材料可能在某种程度上变化。而且，本文采用的术语仅用于描述示范性实施例的目的，且所述术语既定不是限制性的，因为本发明的各种实施例的范围将仅由所附权利要求书及其等效物限制。

因此，虽然参考示范性实施例描述本发明的实施例，但所属领域的技术人员将了解，在如所附权利要求书界定的本发明的范围内可实现变化和修改。因此，本发明的各种实施例的范围不应限于上文论述的实施例，且仅应由所附权利要求书和所有等效物来界定。

Claims (67)

1.一种取样袋，其包括：

至少一个柔性壁，其中所述柔性壁包括至少一个包括金属合金的层；以及入口。

2.根据权利要求1所述的取样袋，其中所述柔性壁包括至少一个包括金属合金片的层。

3.根据权利要求1所述的取样袋，其包括两个柔性壁，所述柔性壁包括至少一个金属合金片的层。

4.根据权利要求3所述的取样袋，其中所述两个柔性壁经接合以形成所述取样袋。

5.根据权利要求1所述的取样袋，其中所述片具有在从25微米到50微米范围内的厚度。

6.根据权利要求1所述的取样袋，其中所述层基本上由不锈钢的平坦片组成。

7.根据权利要求1所述的取样袋，其中所述层基本上由不锈钢的波纹状片组成。

8.根据权利要求1所述的取样袋，其中所述金属合金选自包括以下各者的群组：例如SST 304、SST 304、SST 309、SST 309L、SST 316、SST 316L、SST 321、SST 321L等不锈钢合金、低碳不锈钢、镍钛诺、镍或钛。

9.根据权利要求1所述的取样袋，其包括至少一个附接到所述柔性壁的面板。

10.根据权利要求3所述的取样袋，其包括至少一个附接到所述柔性壁中的每一者的面板。

11.根据权利要求10所述的取样袋，其中所述面板包括选自纸板、波纹状纸或波纹状板的材料以及手柄。

12.根据权利要求10所述的取样袋，其包括能够使所述面板偏置的弹簧。

13.根据权利要求11所述的取样袋，其中所述弹簧使所述面板偏置远离彼此或使所述面板朝向彼此偏置。

14.根据权利要求1所述的取样袋，其包括位于所述入口上的阀。

15.根据权利要求14所述的取样袋，其中所述阀包括一快速断开连接器或多个入口，所述多个入口包括成形的小孔，从而导致相同流动条件下的不同流动特征。

16.一种形成取样袋的方法，其包括：

密封至少两片耐腐蚀金属合金片的周边以形成所述取样袋；以及

提供用以进入所述两个片之间的空间的入口。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述片为25或50微米厚。

18.根据权利要求16所述的方法，其中密封所述两个片的所述周边包括焊接所述两个片的所述周边。

19.根据权利要求18所述的方法，其中焊接所述两个片的所述周边包括激光焊接所述两个片的所述周边。

20.根据权利要求16所述的方法，其中密封所述周边包括形成从0.5到1.5mm宽的接缝。

21.根据权利要求16所述的方法，其中提供入口包括在所述金属合金片中的至少一者中形成孔口。

22.根据权利要求21所述的方法，其中形成孔口包括冲击出孔口。

23.根据权利要求21所述的方法，其中形成孔口包括切割出孔口。

24.根据权利要求23所述的方法，其中切割切出孔口包括激光切割出孔口。

25.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括在所述孔口中安装阀。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述阀包括快速断开连接器。

27.根据权利要求25所述的方法，其中通过使用垫圈安装所述阀来密封所述孔口。

28.根据权利要求16所述的方法，其中所述片中的一者与另一片重叠。

29.根据权利要求16所述的方法，其包括对所述两个片之间的所述空间进行钝化。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述对所述两个片之间的所述空间进行钝化包括将酸添加到所述取样袋。

31.根据权利要求29所述的方法，其中对所述两个片之间的所述空间进行钝化包括用酸填充所述袋。

32.根据权利要求30所述的方法，其中所述酸是硝酸或柠檬酸。

33.根据权利要求30所述的方法，其中所述酸的浓度是从3％到5％。

34.根据权利要求29所述的方法，其包括对所述袋的内部进行干燥。

35.根据权利要求34所述的方法，其中对所述袋的所述内部进行干燥包括在真空下将所述袋加热到高于60℃的温度。

36.根据权利要求16所述的方法，其包括对所述两片耐腐蚀金属合金片中的每一者的至少一侧进行化学抛光。

37.根据权利要求36所述的方法，其中化学抛光包括在35℃到50℃的温度范围内在阳离子表面活性剂和铁氰化物络合物的存在下用包括盐酸、硝酸和羟基苯甲酸的混合物的反应剂来处理壁历时6到12小时。

38.根据权利要求16所述的方法，其包括在密封所述周边之前对所述片中的每一者上的至少一个表面进行化学钝化。

39.根据权利要求38所述的方法，其中化学钝化包括在50℃下用3％柠檬酸处理所述表面历时约2小时。

40.根据权利要求24所述的方法，其中所述阀包括选自包括PTFE、FEP、Delrin、乙缩醛或不锈钢的群组的至少一种材料。

41.根据权利要求39所述的方法，其中所述阀的所述不锈钢是与所述片相同的材料。

42.根据权利要求16所述的方法，其包括用塑料材料对所述壁的外表面进行层压。

43.根据权利要求17所述的方法，其中所述塑料材料具有电荷耗散性质。

44.根据权利要求41所述的方法，其中所述塑料材料具有高热稳定性。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述塑料材料在100℃下热稳定。

46.根据权利要求42所述的方法，其中所述塑料材料是用丙烯酸粘合剂层压的乙烯基材料或用基于硅的粘合剂层压的碳氟化合物。

47.根据权利要求42所述的方法，其中在密封所述周边之前层压所述塑料材料。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述塑料材料延伸超过所述片且经热密封。

49.根据权利要求48所述的方法，其包括在围绕所述周边的塑料片的内侧上的内部密封材料。

50.根据权利要求49所述的方法，其中所述内部密封材料是碳氟化合物。

51.根据权利要求16所述的方法，其包括折叠所述周边。

52.根据权利要求50所述的方法，其包括折叠所述周边两次。

53.根据权利要求16所述的方法，其包括将面板附接到所述壁的外表面。

54.根据权利要求53所述的方法，其中所述面板包括手柄。

55.根据权利要求54所述的方法，其中所述面板包括半硬柔性材料。

56.根据权利要求54所述的方法，其中所述面板包括选自纸板、波纹状纸或波纹状板的材料。

57.一种用于样品容器的取样阀，其包括

底座；以及

阀杆，其包括连接器，其中当所述阀杆的纵轴平行于所述底座的纵轴而定向时阀打开，以及当所述阀杆的所述纵轴垂直于所述底座的纵轴而定向时所述阀关闭。

58.根据权利要求57所述的取样阀，其中所述阀杆包括能够接纳多个取样附件的快速断开连接器。

59.根据权利要求58所述的取样阀，其中所述取样附件包含管连接器、隔膜固持器或包括经校准的气动阻力件的入口。

60.根据权利要求59所述的取样阀，其中所述入口经校准以在选自15分钟、30分钟、一个小时、两个小时、四个小时、八个小时或二十四个小时的时间中至少部分地填充所述取样袋。

61.一种取样阀，其包括多位置阀，其中所述多位置阀包括至少两个入口和一个三位置阀。

62.根据权利要求61所述的取样阀，其中所述入口中的每一者是经校准的气动阻力件流动路径。

63.根据权利要求62所述的取样阀，其中所述入口中的每一者针对相同条件下的不同流动速率而经校准。

64.根据权利要求61所述的取样阀，其包括三个可互换的入口，其中所述入口中的每一者针对相同条件下的不同流动速率而经校准。

65.根据权利要求61所述的取样阀，其包括转塔，所述转塔用于选择性地将所述阀打开到所述入口中的一者或用于关闭所述阀。

66.根据权利要求61所述的取样阀，其中所述取样阀包括第二阀，其中所述第二阀是具有两个位置的开/关阀，其中一个位置打开所述阀且第二位置关闭所述阀。

67.根据权利要求66所述的取样阀，其中所述第二阀包括底座和阀杆，其中当所述阀杆的纵轴平行于所述底座的纵轴而定向时所述第二阀打开，以及当所述阀杆的所述纵轴垂直于所述底座的纵轴而定向时所述阀关闭。

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