DE112005001674T5

DE112005001674T5 - Fluidmischanordnung

Info

Publication number: DE112005001674T5
Application number: DE112005001674T
Authority: DE
Inventors: Jose De Grafton Corral; Neal B. Almeida
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: US20160184786A1; JP2013011608A; JP2008506948A; JP2016029377A; JP5833990B2; GB0701052D0; GB2432328B; GB2432328A; DE112005001674B4; WO2006017039A1; US20090294344A1; US10335753B2

Abstract

Mischanordnung, umfassend:
a) ein Gehäuse mit gegenüberliegenden Endabschnitten stromaufwärts und stromabwärts, wobei der stromaufwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidaufnahmebereich umfasst und der stromabwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidabgabebereich umfasst, der einen darin ausgebildeten Fluidauslass aufweist, wobei das Gehäuse der Mischanordnung eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt;
b) eine Einlassfassung, die mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses in Eingriffnahme steht und darin ausgebildete erste und zweite Fluideinlassanschlüsse aufweist, die sich von der Außenseite der Fassung zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken; und
c) eine Mischkartuschenanordnung, die innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und zwischen der Einlassfassung und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert ist, wobei die Mischkartuschenanordnung umfasst:
i) einen Körperabschnitt, der eine zentrale Mischkammer und einen Abgabeanschluss definiert, wobei die zentrale Mischkammer mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses kommuniziert und der Abgabeanschluss sich von der Mischkammer zu...

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/587,581, die am 13. Juli 2004 eingereicht worden ist und auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
Hinterrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Mischen von Fluiden (d.h. Gasen oder Flüssigkeiten) und insbesondere eine Anordnung, die akkurat bzw. genau zwei oder mehr Hochdruckfluidquellen miteinander mischt und für die Verwendung in Anwendungen, wie beispielsweise der Chromatographie, geeignet ist.
2. Stand der Technik
Bei zahlreichen chemischen oder industriellen Prozessen und Anwendungen stellt die Notwendigkeit, zwei oder mehr Fluide genau zu mischen oder zu kombinieren, einen erforderlichen und wichtigen Schritt in der Produktionslinie dar. Beispielsweise beeinflusst in einem chromatographischen Prozess die Genauigkeit des Lösungsmittelgemisches (d.h. das Gemisch von zwei oder mehreren Lösungsmitteln) die Genauigkeit und die Präzision der anschließenden chromatographischen Analyse.
Bei der Chromatographie handelt es sich um einen Prozess zum Trennen von Gemischen aufgrund deren unterschiedlichen Absorptionsvermögen. 1 zeigt einen typischen chromatographischen Prozess. Obgleich es andere Typen der Chromatographie (z.B. Papier- und Dünnschichtchromatographie) gibt, beinhal ten die meisten modernen Anwendungen eine mobile Phase und eine stationäre Phase und die Trennung des Fluidgemisches erfolgt in einer Säule. Bei der Säule handelt es sich üblicherweise um ein Glas- oder Metallrohr einer hinreichenden Stärke, um die Drücke auszuhalten, mit denen diese beaufschlagt werden kann. Bei der Säule kann es sich beispielsweise um eine Säule mit gepacktem Bett (packed bed column) oder um eine offene röhrenförmige Säule (open tubular column) handeln. Die Säule beinhaltet die stationäre Phase des Frozesses, d.h. das Material, hinsichtlich dessen die Komponenten, die getrennt werden sollen, unterschiedliche Affinitäten aufweisen. Die mobile Phase des chromatographischen Prozesses besteht aus einem Lösungsmittelgemisch, in das die Probe, die analysiert werden soll, injiziert wird. Die mobile Phase tritt in die Säule ein und die Probe wird von der stationären Phase absorbiert. Das Lösungsmittelgemisch wird nicht auf der stationären Phase bzw. von der stationären Phase absorbiert, sondern läuft durch die Säule hindurch.
Die Materialien, aus denen die mobile und die stationäre Phase bestehen, variieren je nach dem allgemeinen Typ des chromatographischen Prozesses, der durchgeführt wird, d.h. Gas- oder Flüssigkeitschromatographie. Bei der Gaschromatographie handelt es sich bei der mobilen Phase im Allgemeinen um ein inertes bzw. reaktionsträges Gas. Die stationäre Phase ist im Allgemeinen ein Adsorptionsmittel oder eine Flüssigkeit, die auf der Oberfläche eines porösen, inerten Trägers verteilt ist. Die mobile Phase bei der Flüssigkeitschromatographie ist eine Flüssigkeit niedriger Viskosität, die durch das stationäre Bett fließt. Dabei kann es sich um eine unmischbare Flüssigkeit handeln, die auf einen porösen Träger beschichtet ist, einen dünnen Film flüssiger Phase, der auf die Oberfläche eines Sorbens aufgebracht ist oder ein Sorbens kontrollierter Porengröße.
Wie dies in 1 dargestellt ist, wird eine erste Pumpe dazu verwendet, um ein erstes Lösungsmittel aus einem Tank einzuziehen und dieses mit einer gewünschten Fließgeschwindigkeit und einem gewünschten Druck einem T-förmigen Rohrverbindungsstück zuzuführen. Eine zweite Pumpe wird dazu verwendet, um ein zweites Lösungsmittel aus einem zweiten Tank einzuziehen und dieses mit einer gewünschten Fließgeschwindigkeit und einem gewünschten Druck dem T-förmigen Rohrverbindungsstück zuzuführen. An dem T-förmigen Rohrverbindungsstück werden die Lösungsmittel vermischt, um ein Lösungsmittelgemisch mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Die Fließgeschwindigkeit von jedem Lösungsmittel kann im Lauf der Zeit verändert werden, um die Zusammensetzung des Lösungsmittelgemisches im Lauf der Zeit zu ändern. Eine Variation des Lösungsmittelgemisches im Lauf der Zeit wird als Lösungsmittel- oder Bestandteilgradient bezeichnet.
Eine dritte Pumpe wird dazu verwendet, um die Probe einem zweiten T-förmigen Rohrverbindungsstück zuzuführen, wo diese in das Lösungsmittelgemisch injiziert wird und damit durchmischt wird, wodurch die mobile Phase ausgebildet wird. Die mobile Phase läuft durch die Säule typischerweise aufgrund der Wirkung der ersten und der zweiten Pumpe, wobei die Probe von der stationären Phase absorbiert wird. Wenn die Probe durch die Säule fließt, dann werden deren unterschiedliche Bestandteile unterschiedlich stark von der stationären Phase absorbiert. Die Bestandteile mit einer starken Anziehung hinsichtlich des Trägers bewegen sich langsamer als die mit einer schwachen Anziehung und dies führt zu der Trennung der Komponenten. Nachdem die Probe aus der stationären Phase herausgespült worden ist, eluieren die unterschiedlichen Bestandteile bzw. Komponenten aus der Säule zu unterschiedlichen Zeiten. Die Komponenten mit der geringsten Affinität hinsichtlich der stationären Phase eluieren als erstes, während die Komponenten mit der größten Affinität hinsichtlich der stationären Phase als letzte eluieren. Ein Detektor analysiert den heraustretenden Strom, indem eine Eigenschaft gemessen wird, die mit der Konzentration und Eigenschaften der chemischen Zusammensetzung im Zusammenhang steht. Beispielsweise wird der Brechungsindex oder das Ultraviolett-Absorptionsvermögen gemessen.
Bei Hochdruck-Chromatographieanwendungen mit geringem Totvolumen sind gleichförmige Lösungsmittelgemische und präzise Lösungsmittelgradienten erforderlich und folglich sind sehr genaue Flussströme von den Lösungsmittelpumpen notwendig. Eine Lösungsmittelflussschwankung, die entweder durch die erste oder die zweite Pumpe hervorgerufen wird, erzeugt einen Lösungsmittelgradientenfehler, der die Genauigkeit und die Präzision der chromatographischen Analyse beeinflusst. Unglücklicherweise weisen alle zur Zeit bekannten Pumpen bis zu einem gewissen Grad Flussschwankungen bzw. Flusstransienten auf.
Im Licht des Vorstehenden gibt es einen Bedarf nach einer Mischanordnung, die dazu geeignet ist, zwei oder mehr Fluidströme zu vermischen, ohne dem System ein bedeutendes Totvolumen hinzuzufügen, und die einen gleichförmigen kom binierten Strom erzeugt, der den Bedarf nach sehr genauer Flusszführung von den Systempumpen befriedigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung bzw. eine Mischanordnung bereit, die akkurat bzw. genau zwei oder mehr Fluidströme sogar bei hohem Druck miteinander vermischt. Die Mischanordnung umfasst ein Gehäuse, das gegenüberliegende Endabschnitte stromaufwärts und stromabwärts aufweist. Der stromaufwärts gelegene Endabschnitt des Gehäuses weist einen Fluidaufnahmebereich auf und der stromabwärts gelegene Endabschnitt umfasst einen Fluidabgabebereich auf, wobei ein Fluidauslass darin ausgebildet ist. Das Gehäuse der Mischanordnung definiert eine zentrale Bohrung, die sich zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt.
Eine Einlassfassung bzw. ein Einlassfitting ist in In-Eingriffnahme mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses und weist einen ersten und einen zweiten Fluideinlassanschluss auf, die darin ausgebildet sind und sich von der Fassungsaußenseite zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken.
Eine Mischkartuschenanordnung ist innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet und zwischen dem Einlassfitting und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert. Die Mischkartuschenanordnung umfasst einen Körperabschnitt, eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb einer zentralen Mischkammer angeordnet sind, die in dem Körperabschnitt ausgebildet ist, sowie einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln in der Mischkammer.
Die zentrale Mischkammer, die in dem Körperabschnitt der Mischkartusche ausgebildet ist, kommuniziert mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses und der Abgabeanschluss erstreckt sich von der Mischkammer zu dem Fluidauslass, der in dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet sind, erleichtert das Vermischen der darin aufgenommenen Fluide.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer einen Filterring, der mit dem stromaufwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht, sowie eine Filterscheibe, die mit einem stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht.
Es ist vorstellbar, dass die Mischanordnung ferner ein Filterelement enthalten kann, das axial zwischen der Einlassfassung und der Mischkartuschenanordnung angeordnet ist. Das Filterelement entfernt unerwünschte Partikel aus dem Fluid, das von dem ersten und dem zweiten Einlassanschluss der Mischkammer bereitgestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einlassfassung eine Reihe von männlichen Gewinden, die einer Reihe von weiblichen Gewinden entspricht, die auf dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses ausgebildet sind. Es ist weiterhin vorstellbar, dass sich die Fluideinlassanschlüsse in einem spitzen Winkel hinsichtlich der Achse der Mischanordnung erstrecken und das Fluid, das durch den ersten Einlassanschluss bereitgestellt wird, Fluid, das durch den zweiten Einlassanschluss bereitgestellt wird, in der Mischkammer berührt.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein chromatographisches System bereit, das unter anderem einen ersten und einen zweiten Lösungsmitteltank, eine erste und eine zweite Pumpe zum Einziehen von Lösungsmitteln aus den Tanks und eine Mischanordnung umfasst. Die erste Pumpe wirkt auf ein erstes Lösungsmittel, so dass dieses einen gewünschten Druck und eine gewünschte Fließgeschwindigkeit aufweist, und die zweite Pumpe wirkt auf das zweite Lösungsmittel, um einen gewünschten Druck und eine gewünschte Fließgeschwindigkeit aufzuweisen.
Die Mischanordnung umfasst ein Gehäuse, das gegenüberliegende Endabschnitte stromaufwärts und stromabwärts aufweist. Der stromaufwärts gelegene Endabschnitt des Gehäuses weist einen Fluidaufnahmebereich auf und der stromabwärts gelegene Endabschnitt umfasst einen Fluidabgabebereich mit einem darin ausgebildeten Fluidauslass. Das Gehäuse der Mischanordnung definiert eine zentrale Bohrung, die sich zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt.
Eine Einlassfassung bzw. ein Einlassfitting steht in In-Eingriffnahme mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses und weist einen ersten und einen zweiten Fluideinlassanschluss auf, die darin ausgebildet sind und die sich von der Fassungsaußenseite zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken.
Eine Mischkartuschenanordnung ist innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet und zwischen der Einlassfassung und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert. Die Mischkartuschenanordnung umfasst einen Körperabschnitt, eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb einer zentralen Mischkammer angeordnet sind, die in dem Körperabschnitt ausgebildet ist, sowie einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln in der Mischkammer.
Die zentrale Mischkammer, die in dem Körperabschnitt der Mischkartusche ausgebildet ist, kommuniziert mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses, und der Abgabeanschluss erstreckt sich von der Mischkammer zu dem Fluidauslass, der in dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet ist, erleichtert das Vermischen von darin aufgenommenen Fluiden.
Die beschriebene Mischanordnung ist dazu geeignet, zwei oder mehr Fluidströme zu vermischen, ohne dem System ein signifikantes Totvolumen hinzuzufügen, und erzeugt einen gleichförmigen kombinierten Strom, der den Bedarf nach einer sehr präzisen Flussförderung mittels der Systempumpen befriedigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Damit der Fachmann auf dem Gebiet dieser Erfindung ohne weiteres versteht, wie diese herzustellen und zu verwenden ist, kann Bezug auf die nachstehenden Zeichnungen genommen werden.
1 zeigt eine schematische Übersicht eines üblichen chromatographischen Systems, in dem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Fluidmischanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt eine Draufsicht der Fluidmischanordnung von 2A.
2C zeigt eine Querschnittsansicht der Fluidmischanordnung der 2A und 2B entlang der Linie A-A von 2B.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Fluidmischkartusche gemäß der vorliegenden Erfindung.
3B zeigt eine Draufsicht der Fluidmischkartusche nach 3A.
3C zeigt eine Querschnittsansicht der Fluidmischkartusche der 3A und 3B entlang der Linie A-A von 3B.
Diese und weitere Merkmale der Mischanordnung gemäß der vorliegenden Anmeldung ergeben sich dem Fachmann ohne weiteres anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Fluidmischanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, bei denen es erforderlich ist, zwei oder mehr Fluidströme zu vermischen, ohne dem System ein bedeutendes Volumen hinzuzufügen. Bestimmte besondere Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend detailliert beschrieben.
In den 2A bis 2C ist eine Mischanordnung dargestellt, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist und im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 100 gekennzeichnet ist. In 2C bezeichnet "U" das stromaufwärts gelegene Ende der Mischanordnung 100 und "D" das stromabwärts gelegene Ende der Mischanordnung 100. Die Mischanordnung 100 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, die in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, bei denen es erforderlich ist, zwei Fluidströme zu vermischen, ohne dem System ein bedeutendes Volumen hinzuzufügen.
Die Mischanordnung 100 umfasst unter anderem ein Gehäuse 10, eine Einlassfassung bzw. ein Einlassfitting 40 und eine Mischkartusche 60. Das Gehäuse 10 weist gegenüberliegende Endabschnitte stromaufwärts 12 bzw. stromabwärts 14 auf. Der stromaufwärts gelegene Endabschnitt 12 des Gehäuses 10 weist einen Fluidaufnahmebereich 16 auf und der stromabwärts gelegene Endabschnitt 14 umfasst einen Fluidabgabebereich 18, der einen darin ausgebildeten Fluidauslass 20 aufweist. Das Gehäuse 10 der Mischanordnung 100 definiert eine zentrale Bohrung 22, die sich axial zwischen dem Fluidaufnahmebereich 16 und dem Fluidabgabebereich 18 erstreckt. Die zentrale Bohrung 22 weist einen im Allgemeinen zylindrischen Außenumfang auf, der dazu ausgestaltet ist, die Mischkartusche 60 aufzunehmen.
Eine Einlassfassung bzw. ein Einlassfitting 40 steht in In-Eingriffnahme mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt 12 des Gehäuses 10 und weist einen ersten Fluideinlassanschluss 42 und einen zweiten Fluideinlassanschluss 44 auf, die darin ausgebildet sind. Die Einlassanschlüsse 42 und 44 erstrecken sich von der Fassungsaußenseite zu dem Fluidaufnahmebereich 16 des Gehäuses 10. Wie sich dies 2C entnehmen lässt, sind die Einlassanschlüsse 42 und 44 in einem Winkel hinsichtlich der Zentralachse "X" der Mischanordnung 100 ausgebildet. Darüber hinaus überschneiden sich die stromabwärts gelegenen Enden der Einlassanschlüsse 42 und 44 nicht innerhalb der Einlassfassung 40, sondern sind vielmehr gewinkelt, so dass die Fluidströme, die daraus austreten, in ersten und zweiten Fritten/Filterscheiben dispergieren und sodann mit der Mischkammer 62 der Kartusche 60 zusammenstoßen bzw. kollidieren.
Sowohl das Gehäuse 10 als auch die Einlassfassung 40 weisen eine hexagonale Außenseite auf, die die In-Eingriffnahme von zueinander passenden männlichen und weiblichen Gewinden erleichtern, die mit der Fassung bzw. dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses im Zusammenhang stehen. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Mittel dazu verwendet werden können, um die Einlassfassung an dem Gehäuse zu befestigen, wie beispielsweise miteinander verriegelnde Nockenzapfen.
Die Mischkartuschenanordnung 60 ist innerhalb der zentralen Bohrung 22 des Gehäuses angeordnet und zwischen der Einlassfassung 40 und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt 18 des Gehäuses 10 positioniert. Die Mischkartuschenanordnung 60 ist in den 3A bis 3C dargestellt und umfasst einen Körperabschnitt 64 und eine Vielzahl von Kugeln (nicht dargestellt), die in einer zentralen Mischkammer 62 angeordnet sind, die in dem Körperabschnitt ausgebildet ist. Die Kugeln werden innerhalb der Mischkammer 62 durch eine Filterscheibe 67 zurückgehalten, die in dem Ring 66 enthalten ist, der mit dem stromaufwärts gelegenen Ende der Mischkammer 60 im Zusammenhang steht, sowie eine Filterscheibe 68, die mit dem stromabwärts gelegenen Ende der Misch kammer 62 im Zusammenhang steht. Vorzugsweise bestehen die Kugeln aus Glas, wobei jedoch der Fachmann ohne weiteres erkennen wird, dass die Kugeln aus anderen Materialien hergestellt werden können, wie dies durch die für die Mischanordnung angedachte Anwendung bestimmt wird (z.B. Metall, Kunststoff, usw.). Die Ausgestaltung der Filterscheiben 67 und 68 wird derart gewählt, dass die Kugeln innerhalb der Mischkammer 62 zurückgehalten werden, das Fluid jedoch in die Mischkammer verhältnismäßig unbehindert eintritt und aus dieser austritt. Der Filterring 66 hält die Filterscheibe 67 in Position. In alternativen Ausführungsformen können andere Mechanismen zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer verwendet werden, ohne von den erfindungsgemäßen Aspekten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können die Kugeln innerhalb eines Netzes oder innerhalb einer porösen Einfassung angeordnet werden. Alternativ können die Kugeln einen Durchmesser aufweisen, der größer als die Durchmesser der Fluiddurchgänge 83a-83c (in 2C dargestellt) ist.
Die zentrale Mischkammer 62, die in dem Körperabschnitt der Mischkartusche 60 ausgebildet ist, kommuniziert mit dem Fluidaufnahmebereich 16 des Gehäuses 10, und ein Abgabeanschluss 70 erstreckt sich von der Mischkammer 62 zu dem Fluidauslass 20, der in dem Gehäuse 10 ausgebildet ist. Die Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet sind, erleichtert das Mischen von darin aufgenommenen Fluiden.
Die Mischanordnung 100 umfasst ferner einen Vorfilterring 80, der innerhalb der zentralen Bohrung 22 und angrenzend der Einlassfassung 40 positioniert ist. Der Vorfilterring 80 hindert Partikel, die in dem zugeführten Fluid enthalten sein können, daran, in die Mischkammer einzutreten.
Im Betrieb wird ein erster Fluidstrom, wie beispielsweise ein Lösungsmittel, zu dem ersten Einlassanschluss 42 durch eine erste Pumpe zugeführt, und ein zweiter Fluidstrom, wie beispielsweise ein zweites Lösungsmittel, wird durch eine zweite Pumpe zu dem zweiten Einlassanschluss 44 zugeführt. Jedes Fluid tritt aus der Einlassfassung 40 bei dem Vorfilterring 80 aus und wird gefiltert und dispergiert, bevor dieses durch die Filterscheibe 67 in die Mischkammer eintritt. Die Kugeln, die in der Mischkammer 62 enthalten sind, bewirken, dass die zwei Fluidströme zusammentreffen und sich auf eine gleichförmige Art und Weise vermischen. Das gleichförmig vermischte Fluid verlässt sodann die Mischkammer durch die Filterscheibe 68 und den Abgabeanschluss 70 und fährt zu dem Fluidauslass 20 der Mischanordnung 100 fort.
Die Größe der Mischkammer 62 ist derart gewählt, dass diese ausreichend groß ist, um die Flussgeschwindigkeitsfehler, die Lösungsmittelpumpen anhaften, zu kompensieren. Wenn beispielsweise die erste und die zweite Lösungsmittelpumpe Flussgeschwindigkeitsfehler aufweisen, die sich über einen Zeitraum "t" herausgemitteln, dann wird die Größe der Mischkammer derart gewählt, dass die Zeit, die das Gemisch benötigt, durch die Mischanordnung durchzutreten, größer als die Zeit "t" ist. Über den Zeitraum "t" zieht jede Pumpe ein Fluidvolumen aus dem Tank ein. Das freie Volumen innerhalb der Mischkammer ist eine Funktion der Gesamtgröße der Mischkammer. Die Mischleistung ist eine Funktion der Anzahl und der Größe der Kugeln. Daher werden alle vorstehend beschriebenen Parameter selektiv angepasst, so dass die Zeit, die das Gemisch benötigt, um durch die Mischanordnung durchzutreten, größer als die Zeit "t" ist.
Es sollte angemerkt werden, dass es wünschenswert ist, die Größe der Mischkammer so klein wie möglich zu halten, um somit das Totvolumen in dem System (z.B. das Volumen des Fluidsystems von dem Eingang der Mischkammer zu der Säule) zu begrenzen. Totvolumen in einem chromatographischen System ist unerwünscht. Während des chromatographischen Prozesses werden Änderungen der Lösungsmittelzusammensetzung vorgegeben. Es ist wünschenswert, dass diese Vorgaben bzw. Befehle zu einer stufenförmigen Veränderung des Lösungsmittelgemisches führen. Wenn jedoch ein zu großes Totvolumen in dem System vorhanden ist, dann wird die stufenförmige Veränderung des Gemisches verschmiert, wodurch die Genauigkeit der chromatographischen Analyse nachteilig beeinflusst wird.
Die Mischanordnung 100 erzeugt ein gleichförmig kombiniertes Fluidgemisch, das den Bedarf nach einer sehr genauen Flussförderung von den Lösungsmittelzufuhrpumpen befriedigt. Überdies kombiniert die Mischanordnung 100 in einer einzelnen Vorrichtung das, was traditionell aus drei Vorrichtungen besteht: einem T-Stück, einem Filter und einer Mischvorrichtung.
Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass die beschriebene Mischanordnung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Fluidanwendungen verwendet werden kann und nicht auf chromatographische Anwendungen beschränkt ist. Überdies kann eine Vielzahl von Materialien dazu verwendet werden, um die Tei le der Mischanordnung auszubilden, wie beispielsweise Edelstahl oder Kunststoff.
Obgleich die Erfindung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann ohne weiteres erkennen, dass zahlreiche Änderungen und/oder Modifizierungen bezüglich der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Geist oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie dieser durch die nachstehenden Ansprüche definiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Anordnung zum Vermischen von Fluiden (d.h. Gasen oder Flüssigkeiten) und insbesondere eine Anordnung wird beschrieben, die akkurat zwei oder mehr Hochdruckfluidquellen vermischt und für die Verwendung in Anwendungen ausgestaltet ist, wie beispielsweise der Chromatographie. Die Mischanordnung (100) umfasst unter anderem ein Gehäuse (10), eine Einlassfassung (40) und eine Mischkartuschenanordnung (60). Das Gehäuse (10) weist einen Fluidaufnahmebereich (16) und einen Fluidabgabebereich (18) mit einem darin ausgebildeten Auslass (20) auf. Eine zentrale Bohrung (22) erstreckt sich zwischen dem Fluidaufnahmebereich (16) und dem Fluidabgabebereich (18). Eine Einlassfassung (40) steht in In-Eingriffnahme mit dem Gehäuse (10) und weist einen ersten (42) und einen zweiten (44) Fluidanschluss auf, die darin ausgebildet sind und die sich von der Fassungsaußenseite zu dem Fluidaufnahmebereich (16) des Gehäuses (10) erstrecken. Eine Mischkartuschenanordnung (60) ist zwischen der zentralen Bohrung (22) des Gehäuses (10) angeordnet und ist zwischen der Einlassfassung (40) und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses (10) positioniert. Die Mischkartuschenanordnung (60) umfasst einen Körperabschnitt (64), eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb einer zentralen Mischkammer (62) angeordnet sind, die in dem Körperabschnitt (64) ausgebildet ist, sowie einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln in der Mischkammer (62).

Claims

Mischanordnung, umfassend: a) ein Gehäuse mit gegenüberliegenden Endabschnitten stromaufwärts und stromabwärts, wobei der stromaufwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidaufnahmebereich umfasst und der stromabwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidabgabebereich umfasst, der einen darin ausgebildeten Fluidauslass aufweist, wobei das Gehäuse der Mischanordnung eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt; b) eine Einlassfassung, die mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses in Eingriffnahme steht und darin ausgebildete erste und zweite Fluideinlassanschlüsse aufweist, die sich von der Außenseite der Fassung zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken; und c) eine Mischkartuschenanordnung, die innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und zwischen der Einlassfassung und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert ist, wobei die Mischkartuschenanordnung umfasst: i) einen Körperabschnitt, der eine zentrale Mischkammer und einen Abgabeanschluss definiert, wobei die zentrale Mischkammer mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses kommuniziert und der Abgabeanschluss sich von der Mischkammer zu dem Fluidauslass erstreckt, der in dem Gehäuse ausgebildet ist; ii) eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet sind, um das Vermischen von darin aufgenommenen Fluiden zu erleichtern; und iii) einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer.
Mischanordnung nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer eine Filterscheibe umfasst, die mit einem stromaufwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammen hang steht, sowie eine Filterscheibe, die mit einem stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht.
Mischanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Filterelement, das axial zwischen der Einlassfassung und der Mischkartuschenanordnung angeordnet ist.
Mischanordnung nach Anspruch 1, wobei die Einlassfassung eine Reihe männlicher Gewinde umfasst, die einer Reihe weiblicher Gewinde entspricht, die auf dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses ausgebildet sind.
Mischanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Fluideinlassanschlüsse in einem schiefen Winkel hinsichtlich der Mischanordnungsachse erstrecken.
Mischanordnung nach Anspruch 1, wobei Fluid, das durch den ersten Einlassanschluss bereitgestellt wird, Fluid, das von dem zweiten Einlassanschluss bereitgestellt wird, zuerst in der Mischkammer berührt.
Chromatographisches System, umfassend: a) einen ersten Lösungsmitteltank, der ein erstes Lösungsmittel enthält; b) einen zweiten Lösungsmitteltank, der ein zweites Lösungsmittel enthält; c) eine erste Pumpe zum Einziehen des ersten Lösungsmittels aus dem ersten Lösungsmitteltank und zum Bewirken, dass das erste Lösungsmittel eine gewünschte Flussgeschwindigkeit aufweist; d) eine zweite Pumpe zum Einziehen des zweiten Lösungsmittels aus dem zweiten Lösungsmitteltank und zum Bewirken, dass das zweite Lösungsmittel eine gewünschte Flussgeschwindigkeit aufweist; und e) eine Mischanordnung, umfassend: ein Gehäuse mit gegenüberliegenden Endabschnitten stromaufwärts und stromabwärts, wobei der stromaufwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidaufnahmebereich umfasst und der stromabwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidabgabebereich umfasst, der einen darin ausgebildeten Fluidauslass aufweist, wobei das Gehäuse der Mischanordnung eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt; eine Einlassfassung, die mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses in Eingriffnahme steht und darin ausgebildete erste und zweite Fluideinlassanschlüsse aufweist, die sich von der Außenseite der Fassung zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken; und eine Mischkartuschenanordnung, die innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und zwischen der Einlassfassung und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert ist, wobei die Mischkartuschenanordnung umfasst: i) einen Körperabschnitt, der eine zentrale Mischkammer und einen Abgabeanschluss definiert, wobei die zentrale Mischkammer mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses kommuniziert und der Abgabeanschluss sich von der Mischkammer zu dem Fluidauslass erstreckt, der in dem Gehäuse ausgebildet ist; ii) eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet sind, um das Vermischen von darin aufgenommenen Fluiden zu erleichtern; und iii) einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, wobei die erste Pumpe Flussschwankungen aufweist und die Größe der Mischkammer auf der Grundlage der Dauer einer typischen Flussschwankung ausgewählt ist.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, wobei der Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer eine Filterscheibe umfasst, die mit einem stromaufwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht, sowie eine Filterscheibe, die mit einem stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Filterelement, das axial zwischen der Einlassfassung und der Mischkartuschenanordnung angeordnet ist.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, wobei die Einlassfassung eine Reihe männlicher Gewinde umfasst, die einer Reihe weiblicher Gewinde entspricht, die auf dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses ausgebildet sind.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, wobei sich die Fluideinlassanschlüsse in einem schiefen Winkel hinsichtlich der Mischanordnungsachse erstrecken.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, wobei Fluid, das durch den ersten Einlassanschluss bereitgestellt wird, Fluid, das von dem zweiten Einlassanschluss bereitgestellt wird, zuerst in der Mischkammer berührt.
Chromatographisches System nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Säule in fluider Kommunikation mit der Mischanordnung.
Chromatographisches System nach Anspruch 14, ferner umfassend einen chromatographischen Detektor, der betriebsfähig mit der Säule verbunden ist.
Mischanordnung für die Verwendung in einem chromatographischen System, umfassend: a) ein Gehäuse, das gegenüberliegende Endabschnitte stromaufwärts und stromabwärts aufweist, wobei der stromaufwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidaufnahmebereich umfasst und der stromabwärts gelegene Endabschnitt einen Fluidabgabebereich umfasst, der einen darin ausgebildeten Fluidauslass aufweist, wobei das Gehäuse der Mischanordnung eine zentrale Bohrung definiert, die sich axial zwischen dem Fluidaufnahmebereich und dem Fluidabgabebereich erstreckt; b) eine Einlassfassung, die mit dem stromaufwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses in Eingriffnahme steht und darin ausgebildete erste und zweite Fluideinlassanschlüsse aufweist, die sich von der Außenseite der Fassung zu dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses erstrecken; und c) eine Mischkartuschenanordnung, die innerhalb der zentralen Bohrung des Gehäuses angeordnet ist und zwischen der Einlassfassung und dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des Gehäuses positioniert ist, wobei die Mischkartuschenanordnung umfasst: i) einen Körperabschnitt, der eine zentrale Mischkammer und einen Abgabeanschluss definiert, wobei die zentrale Mischkammer mit dem Fluidaufnahmebereich des Gehäuses kommuniziert und der Abgabeanschluss sich von der Mischkammer zu dem Fluidauslass erstreckt, der in dem Gehäuse ausgebildet ist; ii) eine Vielzahl von Kugeln, die innerhalb der Mischkammer angeordnet sind, um das Vermischen von darin aufgenommenen Fluiden zu erleichtern; und iii) einen Mechanismus zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer; und d) ein Filterelement, das axial zwischen der Einlassfassung und der Mischkartuschenanordnung angeordnet ist, um auf Fluid zu wirken, das aus dem ersten und dem zweiten Einlassanschluss austritt.
Mischanordnung nach Anspruch 14, wobei die Mittel zum Zurückhalten der Kugeln innerhalb der Mischkammer eine Filterscheibe umfassen, die mit einem stromaufwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht, sowie eine Filterscheibe, die mit einem stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer im Zusammenhang steht.