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(Technischer Bereich)
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung,
welche eine Flüssigkeit mittels
einer Flüssigkeitszuführvorrichtung
durch eine Injektionsröhre
in ein Gefäß injiziert
und, um den Flüssigkeitspegel
in dem Gefäß auf einem
vorgegebenen Wert zu erhalten, welche die überschüssige Menge an Flüssigkeit
mittels einer Flüssigkeitsauslassvorrichtung
(bzw. -gefäß) durch
eine Injektionsröhre
mit einem Ansaugeinlass entlässt,
der auf dem selben Pegel des Gefäßes vorliegt
wie der Flüssigkeitspegel.
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(Stand der Technik)
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Gefäße mit geringem
Aufnahmevermögen
werden in einer Vielzahl von Bereichen verwendet, wie beispielsweise
der chemischen Analyse, der pharmazeutischen Analyse und der medizinischen
Heilverfahren. Das liegt daran, dass es in einem Bereich wie der
Biochemie, der Molekularbiologie und der medizinischen Heilverfahren
häufig
schwierig ist, eine Substanz zu erzeugen und zu extrahieren-reinigen,
die in einer chemischen Reaktion verwendet werden soll, die Substanz
muss häufig
durch ihre chemische Reaktion mit einem geringen Volumen an Flüssigkeit
in Reaktionsgefäßen mit
kleinem Aufnahmevermögen
erzeugt werden. Normalerweise hat, wie in der Flüssigchromatographie, das Gefäß mit kleinem
Aufnahmevermögen
eine eingebaute oder kontinuierlich damit verbundene Injektionsöffnung und
Auslassöffnung,
die oberhalb einer Pegelposition des Gefäßes vorgesehen ist, und eine
Flüssigkeit
wird über
die Injektionsöffnung
in das Gefäß injiziert und
aus dem Auslassabschnitt ausgelassen.
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Das
obige Gefäß mit kleinem
Aufnahmevermögen
ist vorzugsweise perfekt abgedichtet. Eine solche abgedichtete Anordnung
beschränkt
jedoch die Funktion des Gefäßes mit
kleinem Aufnahmevermögen.
Es ist beispielsweise schwierig, eine Übertragungsvorrichtung umzuwandeln
und zu bewegen, um den Zustand, der auf der Innenseite des Gefäßes herrscht,
nach außen
zu übertragen.
Falls es möglich
ist, ist ein sehr komplizierter Mechanismus erforderlich.
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In
jüngster
Zeit wird, um eine solche Übertragungsvorrichtung
frei betätigen
zu können,
ein oben geöffnetes
Gefäß eingesetzt.
Auf die Verdunstung der Flüssigkeit
muss acht gegeben werden, falls das oben geöffnete Gefäß zur Behandlung der Flüssigkeit
verwendet wird. Falls das oben geöffnete Gefäß eine obere Öffnung mit
einer Fläche
von 10 mm2 aufweist und eine Tiefe von 3
mm, um ein Flüssigkeitsvolumen
von 10–15 μl einzufüllen, ist
der Grad der Verdampfung merklich entwickelt, was zu einer Volumenänderung
und Änderung
der Konzentration der Flüssigkeit
führt,
und somit zu merklicher Änderung
bezüglich
seiner Wasserstoffionen-Konzentration (pH). Diese Parameter beeinflussen
die analytischen und die experimentellen Ergebnisse hinsichtlich
der Flüssigkeit.
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Um
den oben angegebenen Punkt auszumerzen, wird eine Vorrichtung zur
Flüssigkeitsbehandlung verwendet,
um zusätzliche
Flüssigkeit
konstant während
der chemischen Reaktion oder des Experiments mit der Flüssigkeit
zuführen.
Bei der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
wird die zusätzliche
Flüssigkeit
konstant in das oben geöffnete
Gefäß durch
eine Injektionsröhre
injiziert, um die verdampfte Menge an Flüssigkeit wieder aufzufüllen. Bei
der Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung ist es
erforderlich den Flüssigkeitspegel
zu erhalten, da die Schwankung des Flüssigkeitspegels der nachzufüllenden
Flüssigkeit
das Experiment oder die chemische Reaktion der Flüssigkeit
stark beeinflusst.
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Um
den Flüssigkeitspegel
durch konstantes Injizieren der zusätzlichen Flüssigkeit zu erhalten, wird grundsätzlich eine überschüssige Menge
an Flüssigkeit
aus dem Gefäß überfließen gelassen,
wenn jedoch ein Gefäß mit einem
geringen Aufnahmevermögen
mit einer kleinen Öffnung
verwendet wird, steigt der Flüssigkeitspegel
durch seine Oberflächenspannung
an, wenn zusätzliche
Flüssigkeit
injiziert wird. Dann reißt, wenn
der Flüssigkeitspegel über einen
vorgegebenen Pegel angestiegen ist, die Oberflächenspannung, und die überschüssige Menge
an Flüssigkeit
fließt
ab. Im Fall der Verwendung eines Gefäßes mit geringem Aufnahmevermögen wird
ein solcher Vorgang wiederholt, sodass der Flüssigkeitspegel stark schwankt
und der Flüssigkeitspegel
nicht auf einem gewünschten
Pegel gehalten werden kann. Um die Schwankung des Flüssigkeitspegels
zurück
zu drängen,
wird daher eine Auslassröhre
bei der Position des gewünschten
Flüssigkeitspegels
des Gefäßes vorgesehen,
so dass die überschüssige Menge
an Flüssigkeit über dem
gewünschten
Flüssigkeitspegel
aus der Auslassröhre
ausgelassen werden kann.
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Bei
einer Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
mit einer Injektionsröhre
und einer Auslassröhre
zum konstanten Injizieren einer zusätzlichen Flüssigkeit und zum Auslassen
der überschüssigen Menge
der Flüssigkeit,
wenn der Flüssigkeitspegel überstiegen
ist, um den Flüssigkeitspegel
konstant zu halten, kann, falls die Ausstattung ein Gefäß mit geringer
Aufnahmefähigkeit
mit einer Öffnung
von einigen Quadratmillimetern aufweist, der gewünschte Flüssigkeitspegel auf Grund der
starken Schwankungen nicht gehalten werden.
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1 zeigt
einen Schwankungszustand eines Flüssigkeitspegels in einer konventionellen
Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung.
Ein Gefäß 1 wird
aus einem Basisblock, der einen konkaven Abschnitt aufweist, geschaffen.
Dann wird eine Injektionsröhre 3 bereit
gestellt, so dass ihr Injiziereinlass bei einem Pegel positioniert
werden kann, der niedriger als der gewünschte Flüssigkeitspegel ist, und es
wird eine Auslassröhre 4 so
vorgesehen, dass ihr auslassender Einlass an dem selben Pegel wie
der gewünschte
Flüssigkeitspegel
positioniert werden kann.
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Eine
obere linke Ansicht in 1 zeigt den Zustand, in welchem
der angestiegene Flüssigkeitspegel durch
das Injizieren einer zusätzlichen
Flüssigkeit
in das Gefäß 1 über die
Injektionsröhre 3 gerade
mit dem auslassenden Einlass der Auslassröhre in Berührung kommt. In diesem Zustand
ist der Flüssigkeitspegel
nahezu gleich mit dem gewünschten
Flüssigkeitspegel
L, trotz der Bewegung des Flüssigkeitspegels.
Wenn zusätzliche
Flüssigkeit
in das Gefäß in dem
Zustand, der in der oberen linken Ansicht in 1 gezeigt
ist, injiziert wird, wird die überschüssige Menge
der Flüssigkeit
in dem Gefäß durch
die Auslassröhre 4 ausgelassen.
In diesem Fall ist, wie gezeigt in einer zentralen Ansicht in 1,
falls der Flüssigkeitspegel
unter einen gewünschten
Pegel fällt,
die Flüssigkeit
in einigem Ausmaß ausgelassen,
so dass der Flüssigkeitspegel
in großem
Maß schwappt.
Danach wird, wie in der oberen rechten Ansicht in 1 gezeigt,
der Flüssigkeitspegel zu
dem auslassenden Einlass der Auslassröhre abgerissen, weil er in
einer niedrigeren Position gelegen ist als der gewünschte Flüssigkeitspegel
L.
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Nachfolgend
steigt der Flüssigkeitspegel
an, wenn zusätzliche
Flüssigkeit
durch die Injektionsröhre 3 zugeführt wird,
und hat einen Anfangszustand, wie in der oberen linken Ansicht gezeigt.
Da der obige Ablauf wiederholt wird, schwankt der Flüssigkeitspegel
in großem
Maß.
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Obwohl
die konventionelle Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung die Einlassröhre 3 und
die Auslassröhre 4 aufweist,
schwankt der Flüssigkeitspegel
in großem
Maß und
kann daher nicht den gewünschten
Flüssigkeitspegel
haben. Es wird angenommen, dass die Flüssigkeitsschwankung aus 2 Phänomenen
resultiert, wie folgt. Zunächst
wird betrachtet, dass eine Pumpe, nachdem zusätzliche Flüssigkeit mittels einer Pumpe injiziert
wird, den Flüssigkeitspegel
wegen der angehobenen zusätzlichen
Flüssigkeit
liebt. Eine Luft-Pumpe als eine kommerziell erhältliche Pumpe hebt den Flüssigkeitspegel
unvermeidlich und bewirkt große
Schwankungen des Flüssigkeitspegels.
Darüber
hinaus, kann eine Verdrängerpumpe,
deren Kolben sich in dem Zylinder hin- und herbewegt, als eine Flüssigkeitspumpe
mit geringerem Hub eingesetzt werden, hat jedoch Schwierigkeiten
dabei, die Flüssigkeitspegelschwankung
zu unterdrücken,
falls das Gefäß 1 ein
kleines Aufnahmevermögen
der μl Größenordnung
hat.
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Zweitens
ist in dem oben genannten Zustand die Flüssigkeit in dem Gefäß in Kontakt
mit Luft, welche das Gefäß umgibt.
Bei der Grenzschicht zwischen der Luft und der Flüssigkeit
mit den entsprechenden unterschiedlichen Phasen, neigt die Flüssigkeit
dazu, ihren kleinstmöglichen
Oberflächenbereich
auf Grund ihren unterschiedlichen Agglutination zu haben, und der
Flüssigkeitspegel
wird auf Grund von Kapillarphänomenen im
Kegel um die Auslassröhre
herum angehoben. Das liegt daran, dass der Flüssigkeitspegel insgesamt eine gedrückte Form
aufweist und eine kegelförmige
ansteigende Form um die Auslassröhre
herum, sodass der Flüssigkeitspegel
im großen
Maße schwankt.
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Auf
Grund der beiden obigen Phänomene
wird der Flüssigkeitspegel
partiell um die Auslassröhre
angehoben und ausgelassen, bereits eher sogar die Bodenoberfläche des gedrückten Flüssigkeitspegels
unterhalb des auslassenden Einlass der Auslassröhre anlangt. Falls die Absorptionskraft
der Auslassröhre
auf Grund der Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
geringer wird als das Gewicht eines Teils der Flüssigkeit um die Auslassröhre, wird
ein Teil des Flüssigkeitspegel
von dem Flüssigkeitseinlass
der Auslassröhre
getrennt, und fällt
somit ab. Der Flüssigkeitspegel
wird durch das Außerbetriebsetzen
der Flüssigkeitsabfuhr
und durch die Injektion einer zusätzlichen Flüssigkeit durch die Injektionsröhre angehoben,
um den auslassenden Einlass der Auslassröhre zu kontaktieren. Da die
Flüssigkeit
einen kleineren Oberflächenbereich
hat, hat sie einen im starken Maß gekrümmten Flüssigkeitspegel, so dass im
Fall der Verwendung eines Gefäßes mit
kleiner Aufnahmevermögen
der Flüssigkeitspegel
bemerkenswert schwankt.
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Wie
oben angegeben, kann bei konventioneller Ausstattungen zu Flüssigkeitsbehandlung
mit einem Gefäß kleiner
Aufnahmevermögen,
der Hub der zusätzlich
injizierten Flüssigkeit
aus der Pumpe und die Oberflächenspannung
und Kapillarphänomene
der Flüssigkeit
den Flüssigkeitspegel
schwanken lassen in großem Maß, so dass
der Flüssigkeitspegel
nicht auf dem gewünschten
Pegel gehalten wird. Der stark schwankende Flüssigkeitspegel verändert die
Eintauchtiefe einer Sonde eines Übertragungsmittels
in der Flüssigkeit,
was Analysefehlern und Messfehlern der Flüssigkeit führt.
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JP 08 101099 offenbart
ein Gefäß zur Aufnahme
und Bereitstellung einer Flüssigkeitsprobe
für einen Analyseapparat.
Das Gefäß umfasst
zwei Gefäße, ein
erstes Gefäß zur Aufnahme
von Flüssigkeit
aus einer oder mehreren Einlässen,
und zur Bereitstellung einer Flüssigkeitsprobe
an einen Analyseapparat, und ein zweites Gefäß zur Aufnahme und zum Auslass überschüssiger Flüssigkeit,
welche aus dem ersten Gefäß überströmt.
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JP 08 101099 offenbart
ein Gefäß zur Aufnahme
und Bereitstellung einer Flüssigkeitsprobe
für einen Analyseapparat.
Der Container umfasst 2 Gefäße, ein
erstes Gefäß, um die
Flüssigkeit
durch einen oder mehrere Einlässe
aufzunehmen und um eine flüssige
Probe einem Analysegerät
zuzuführen,
und eine zweites Gefäß, um überschüssige Flüssigkeit,
welche aus dem ersten Gefäß überfließt, aufzunehmen
und auszulassen.
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JP 09 44255 offenbart einen
Flüssigkeitsspeicher,
der in einem einzelnen Gefäß gehalten
wird, und ein Mittel zum Auffüllen
der Flüssigkeit
in dem Speicher, oder um Flüssigkeit
aus dem Speicher aufzunehmen um hierdurch einen konstanten Pegel
zu halten. Andere Beispiele für
Ausstattungen zur Flüssigkeitsbehandlung
werden offenbart in
EP 0410273 ,
DE 4417083 ,
EP 0777078 ,
US 4545801 ,
US 4123365 und
US 2798228 .
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Hinsichtlich
der oben dargestellten Sache ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung
eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
bereitzustellen, um die oben genannten konventionellen Probleme
abzumildern, welche einen Flüssigkeitspegel
einer Flüssigkeit,
welche in ein Gefäß gefüllt wird,
bei einem gewünschten
Pegel halten kann, selbst wenn die injizierte Flüssigkeit angehoben wird, und
um daher mögliche
Fehler bezüglich analytische
Ergebnisse oder Messergebnisse der Flüssigkeit auf Grund von Schwankungen
des Flüssigkeitspegel
klein zu machen wie möglich.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung zur Behandlung einer
Flüssigkeit
mit einem Volumen der μl
Größenordnung
bereitgestellt, wobei die Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung umfasst:
Einen Speicherbehälter,
um eine Flüssigkeit
zu speichern, eine Injektionsröhre,
um die Flüssigkeit
in den Speicherbehälter
zu injizieren; ein Auslassgefäß, das mit
dem Speicherbehälter über einen
kanalförmigen
Flusspfad verbunden ist, wobei die Bodenoberfläche des Flusspfades niedriger
gelegen ist als ein gewünschter
Flüssigkeitspegel
L der Flüssigkeit,
die in den Speicherbehälter
injiziert wird; eine Auslassröhre,
wobei der Einlass der Auslassröhre
auf fast der gleichen Pegelposition wie der gewünschte Flüssigkeitspegel positioniert
ist, und ein Flüssigkeitsauslassmittel,
um die Flüssigkeit
aus dem Auslassgefäß durch die
Auslassröhre
auszulassen.
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Bei
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung ist, obwohl der Flüssigkeitspegel des Auslassgefäßes wie
in der oben genannten konventionellen Vorrichtung in großem Maße Schwankungen
unterliegt, der Flüssigkeitspegel
in dem Speicherbehälter
nicht erledigt und auf nahezu dem gewünschten Pegel gehalten.
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Das
heißt,
das mit der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung der Schwankungsbereich des Flüssigkeitspegels der Flüssigkeit
in dem Speicherbehälter
unterhalb 25 μm
reduziert werden kann, was hinreichend klein ist im Vergleich mit
den Fehlern bei den analytischen Ergebnissen und chemischen Reaktionsbedingungen
für die
Flüssigkeit.
Im Ergebnis können
die Präzision
der analytischen Ergebnisse und chemischen Reaktionsbedingungen
verbessert werden. Eine solche Verbesserung wird auffällig, wenn
der Oberflächenbereich
des Auslassgefäßes größer ist
als derjenige des Speichergefäßes, und wenn
die Tiefe des Auslassgefäßes flacher
ist als die des Speichergefäßes.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung sind das Speichergefäß, der Flusspfad und das Auslassgefäß an der
Oberfläche
einstückig
aus einem einzigen Grundmaterial bebildet. Beispielsweise sind der
Speicherbehälter
und das Auslassgefäß an ihrer Oberfläche aus
einem Grundmaterial geformt, welches aus einem Acrylbauteil gefertigt
ist, und der Flusspfad, welcher den Speicherbehälter und das Auslassgefäß verbinden
soll, ist kanalartig in derselben Oberfläche gebildet. In diesem Fall
kann zumindest die Oberflächen
des Speicherbehälters
und des Auslassgefäßes hydrophil
ausgerüstet
sein. Hydrophile Oberflächen
des Speicherbehälters
und des Auslassgefäßes können unterdrücken, dass
die Flüssigkeit
an ihnen entlang hochsteigt, und daher kann die Schwankung des Flüssigkeitspegels
noch weiter unterdrückt
werden.
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Darüber hinaus
wird in der vorliegenden Erfindung gewünscht, dass der Auslass der
Injektionsröhre bei
einer Position des niedrigeren Pegels des Speicherbehälters bereitgestellt
wird als das gewünschte
Level der hierin injizierten Flüssigkeit
ist. In diesem Fall schwankt der Flüssigkeitspegel nahezu nie durch
den Stoß der
injizierten zusätzlichen
Flüssigkeit
in den Speicherbehälter,
sodass die Schwankung des Flüssigkeitspegels
in dem Speicherbehälter
noch weiter unterdrückt
werden kann.
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Um
die Flüssigkeit
von dem Speicherbehälter
zu dem Auslassgefäß durch
den Flusspfad fließen
zu lassen, ist es erforderlich, dass zumindest ein Teil des Flusspfades
bei einer Position einer niedrigeren Pegels angelegt ist, als es
der gewünschte
Pegel der Flüssigkeit
in dem Speicherbehälter
ist. Ein offener kanalförmiger
Flusspfad mit einer Bodenoberfläche,
die an einer Position bei einem niedrigerem Pegel angelegt ist,
als es die in den Speicherbehälter
einzufüllende
Flüssigkeit
ist, und ein röhrenförmiger Flusspfad
der bei einer Position eines niedrigeren Pegels, als es der gewünschte Flüssigkeitspegel
im Speicherbehälter
ist, können
die vorstehenden Erfordernisse erfüllen.
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Ferner
ist es bei der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung erwünscht, dass
die Durchflussrate des Flüssigkeitsauslassmittels
ausreichend größer ist
als die des Mittels zur Flüssigkeitsinjektion.
In diesem Fall kann, falls der Flüssigkeitspegel der Flüssigkeit
in der dem Speicherbehälter über einen
gewünschten
Pegel angestiegen ist, dieser sofort gesenkt werden.
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Jedes
so genannte Flüssigkeitsversorgungsmittel
und Flüssigkeitsauslassmittel
kann aus einer Luft-Pumpvorrichtung gebildet sein, einschließlich einer
Kreiselluft-Pumpe und einem Flüssigkeitstank,
der mit der Luft-Pumpe verbunden ist. Darüber hinaus kann jedes der Flüssigkeitsvorsorgungsmittel
und der Flüssigkeitsauslassmittel
aus einer Verdrängerpumpe
mit einem Kolben, der sich in einem Zylinder vor- und zurückbewegt,
gebildet sein. In diesem Fall wird der Kolben der Verdrängerpumpe
vorzugsweise durch einen gepulsten Motor betrieben. Die Verdrängerpumpe
ermöglicht,
dass die Schwankung des Flüssigkeitspegels
der Flüssigkeit,
die in den Speicherbehälter
eingefüllt
wird, weiter verringert wird.
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(Kurze Beschreibung der
Figuren)
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Zum
besseren Verständnis
der nachfolgenden Erfindung wird auf Bezug auf die angefügten Zeichnungen
genommen, wobei
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1 eine
schematische Ansicht ist, welche einen Schwankungszustand eines
Flüssigkeitspegels
in einem Gefäß einer
konventionellen Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung zeigt,
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2 und 3 eine
Draufsicht beziehungsweise ein Grundriss sind, welche eine Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
in der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung zeigen,
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4 eine
Querschnittsansicht ist, welche eine weitere Flüssigkeitsaufnahme-Einheit in
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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5 eine
schematische Ansicht ist, welche eine Ausführungsform der Vorrichtung
der Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung in Gänze
zeigt,
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6 eine
schematische Ansicht ist, welche einen Schwankungszustand des Flüssigkeitspegels
in einer Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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7 Graphen
zur Flüssigkeitspegelschwankung
zeigt, wenn der Durchmesser eines Auslassgefäßes einer Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung verändert
wird,
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8 eine
schematische Ansicht ist, welche eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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9A bis 9C Graphen
sind, welche das Betriebsverfahren der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
aus 8 zeigen,
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10 Graphen
zeigt, welche die Beziehung zwischen dem Durchmesser eines Auslassgefäßes einer
Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung
und einer Schwankung eines Flüssigkeitspegels
zeigen, und
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11 zeigt
Graphen welche die Beziehung zwischen dem Auslassgefäßes der
Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
und der Flüssigkeitsschwankungsrate
darstellen.
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(Bester Modus zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung)
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Die 2 und 3 sind
eine Draufsicht beziehungsweise ein Querschnitt, welcher vollständig eine Aufnahmeeinheit
für Flüssigkeit
in der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel
hat eine Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 ein
Grundmaterial 12, welches aus einem Acrylbauteil gefertigt
ist, einen Speicherbehälter
mit kleinem Aufnahmevermögen 13,
ein weites Auslassgefäß 14 und
einen Flusspfad 15, um den Speicherbehälter und das Auslassgefäß, welche
einstückig
auf einer Hauptoberfläche
des Grundmaterials gefertigt sind, zu verbinden. In diesem Fall
wird vorgezogen, das zumindest die inneren Oberflächen des
Speicherbehälters 13 und
des Auslassgefäßes 14 hydrophil
ausgerüstet
sind.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Injektionsröhre 16,
um das Speichergefäß 13 mit
einer Flüssigkeit
zu versorgen, einstückig
in das Grundmaterial 12 geformt, kann jedoch auch von der
Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 getrennt
bereitgestellt sein. Darüber
hinaus hat in diesem Ausführungsbeispiel
das Auslassgefäß 14 eine kreisförmige Oberflächenform
und eine Auslassröhre 17 ist
im Zentrum des Auslassgefäßes vorgesehen.
Der auslassende Einlass 17a der Auslassröhre 17 ist
in derselben Position des Pegels des Speicherbehälters 13 positioniert
wie ein gewünschter
Flüssigkeitspegel
L, entsprechend der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus der Injektionseinlass 16a der
Injektionsröhre 16,
der verbunden ist mit dem Speicherbehälter 13, bei einer
niedrigeren Pegelposition positioniert als der gewünschte Flüssigkeitslevel
L. Die Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung,
welche den vorgenannten Aufbau hat, ermöglicht, dass die Schwankung
des Flüssigkeitspegels
auf Grund der Versorgungsschübe
durch eine hinzugefügte
Flüssigkeit
in den Speicherbehälter 13 unterdrückt wird.
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Wie
in 3 gezeigt ist in diesem Ausführungsbeispiel der Flusspfad 15,
welcher den Speicherbehälter 13 und
das Auslassgefäß 14 verbindet,
so geformt, dass er eine oben offene kanalartige Struktur hat, und seine
Bodenoberfläche
kann bei einer Position, die bei einem tieferen Pegel liegt als
der gewünschte
Flüssigkeitspegel
L, positioniert sein. Zumindest ein Teil des Flusspfades 15 muss
für eine
Position eines Levels positioniert sein, der unterhalb des gewünschten
Flüssigkeitslevels
L in dem Speicherbehälter 13 liegt,
um die Flüssigkeit
in dem Speicherbehälter 13 zu
dem Auslassgefäß 14 fließen zu lassen,
aber der Flusspfad 15 selbst weist nicht immer die nach
oben geöffnete
Struktur wie oben erwähnt
auf und kann eine geschlossene Röhrenstruktur 18 haben,
wie gezeigt in 4.
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Die
Größe jedes
Teils der obigen Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
11 wird
unten beispielhaft beschrieben, wobei es jedoch überflüssig ist, zu erwähnen, dass
keine Beschränkung
auf die beispielhaften Größen vorliegt.
| Grundmaterial 11 Acrylmaterial | |
| | Größe: 20 mm
Breite × 20
mm Länge × 5 mm Dicke |
| Speicherbehälter 13 | obere
Oberflächengröße: 3 mm
Breite × 2
mm Länge |
| | Bodenoberflächengröße: 1 mm
Breite × 2
mm Länge |
| | Tiefe:
3 mm Aufnahmevermögen:
12 μl |
| Auslassgefäß 14 | Oberflächengröße: 10 mm
Durchmesser Tiefe: 2 mm |
| | Aufnahmevermögen: 157 μl |
| Flusspfad 15 | Querschnittsgröße: 1 mm × 1 mm:
Länge:
2 mm |
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5 ist
eine schematische Ansicht die eine Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung vollständig zeigt, mit der Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11.
Die Injektionsröhre 16 der
Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 ist
mit einem Gefäß 23,
welches eine zu behandelte Flüssigkeit 22 aufweist, über eine Röhre 21 verbunden.
Das Gefäß 23 ist
verbunden mit einer Druckluft-Pumpe 25 durch eine Röhre 24.
In dem Gefäß 23 ist
die Spitze einer Röhre 21 in
die Flüssigkeit 22 getaucht,
und die Spitze der Röhre 24 wird
bei einer Position eines höheren
Pegels als der Flüssigkeitspegel
der Flüssigkeit 22 positioniert.
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Wenn
die Druckluft-Pumpe 25 betätigt wird und daher das Innere
des Gefäßes 23 unter
Druck gesetzt wird, wird Flüssigkeit 23 über die
Röhre 21 und
der Injektionsröhre 16 dem
Speichergefäß 23 zugeführt. In
diesem Fall ist die Druckluft-Pumpe 25 in dem Set-Off Zustand
während
des obigen Zuführprozesses
gehalten. Darüber
hinaus ist die Auslassröhre 17 am
Zentrum des Auslassgefäßes 14 positioniert
und einem Gefäß 27 über eine
Röhre 26 verbunden,
und das Gefäß 27 ist
mit einer Dekompressionsluft-Pumpe 29 mit
einer Röhre 28 verbunden.
Die Flüssigkeit,
welche in der Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 behandelt
wird, wird angesaugt und in dem Gefäß 27 gespeichert.
In dem Gefäß 27 ist
die Spitze der Röhre 28 oberhalb
des Flüssigkeitspegels
positioniert, um nicht die behandelte Flüssigkeit 22 anzusaugen.
Die Dekompressionsluft-Pumpe 29 wird während der Flüssigkeitsbehandlung
immer betätigt.
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6 zeigt
den Zustand der Änderung
des Flüssigkeitspegels
in dem Speichergefäß 13 und
dem Auslassgefäß 14 der
Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 6 zeigt den Übergang von dem Zustand, in
welchem der Flüssigkeitspegel
des Auslassgefäßes 14 unter
dem auslassenden Einlass der Auslassröhre 17 ist, bis zu
dem Zustand, in welchem der Flüssigkeitspegel
hiervon angestiegen ist, und mit dem Einlass des Auslasses in Berührung gebracht
ist. Wenn der Flüssigkeitspegel
in Kontakt mit dem auslassenden Einlass der Auslassröhre 17 gebracht
ist, wird die Flüssigkeit
in dem Auslassgefäß angesaugt
und ausgelassen. In diesem Fall wird die Verbindung zwischen der
Flüssigkeit
und dem auslassenden Einlass erhalten wie oben beschrieben, und
daher wird die Flüssigkeit
weiterhin ausgelassen wie gezeigt in der unteren rechten Ansicht
in 6. Daher wird der Flüssigheitspegel in dem Auslassgefäß 14 in
Wellenbewegung gebracht, und daher merklich unter den gewünschten
Flüssigkeitspegel
L gesenkt. In dem Speicherbehälter 13 wird
der Flüssigkeitspegel
jedoch nahezu niemals in Schwankung gebracht und wird bei dem gewünschten Flüssigkeitspegel
L gehalten.
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Darüber hinaus
wird die Flüssigkeit
immer noch durch die Auslassröhre 17 ausgelassen
und wird dann von dem auslassenden Einlass getrennt, wie in der
oberen rechten Ansicht in 6 gezeigt.
In diesem Fall wird, obwohl der Flüssigkeitspegel in dem Auslassgefäß 14 deutlich
von dem gewünschten
Flüssigkeitspegel L
abweicht, der Flüssigkeitspegel
in dem Speichergefäß 13 nahezu
auf dem gewünschten
Flüssigkeitspegel gehalten.
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In
dem Flüssigkeitspegel
in dem Speichergefäß 13 wird
angehoben, wenn eine zusätzliche
Flüssigkeit zugeführt wird,
und hat daher den Pegel, wie in der oberen linken Ansicht in 6 gezeigt,
erneut. Danach werden die Schritte, welche in der unteren linken
Ansicht, der unteren und oberen rechten Ansichten in 6 gezeigt
sind, wiederholt. In dem obigen wiederholten Prozess ist, obwohl
der Flüssigkeitspegel
in dem Auslassgefäß sichtlich
schwankt, der Flüssigkeitspegel
in dem Speichergefäß nahezu
niemals erledigt, und auf dem gewünschten Flüssigkeitspegel L erhalten.
Wenn die Flüssigkeitspegel
in dem Speichergefäß 13 und
in dem Auslassgefäß 14 der
Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung gemessen wurden, waren die Amplituden
in den Schwingungsbäuchen
der Flüssigkeitspegel
in dem Auslassgefäß und dem Speicherbehälter, d.
h. die Abstände
zwischen dem minimalen Flüssigkeitspegel
und den maximal Flüssigkeitspegel
in den Zentren des Auslassgefäßes und
des Speicherbehälters,
etwa um 0,2 mm bzw. 20 μm.
Im Ergebnis ist die Schwankung des Flüssigkeitspegels in dem Speichergefäß wesentlich
kleiner als die in dem Auslassgefäß. Daher ist die Schwankung
des obigen Flüssigkeitspegels
in dem Speichergefäß 13 vernachlässigbar
bei der Analyse und Messung der darin befindlichen Flüssigkeit.
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7 zeigt
die Messergebnisse der Schwankung de Flüssigkeitspegels in dem Auslassgefäß 14, wenn
dessen Durchmesser variiert wird. Das heißt, dass die Schwankung des
Flüssigkeitspegels
für Auslassgefäße mit Durchmessern
von 10 mm, 5 mm und 2 mm gemessen wurde. Die vertikale Achse in 7 zeigt die
Flüssigkeitspegelposition
in dem Auslassgefäß zu demjenigen
des Speichergefäßes an,
um die Schwankung des Flüssigkeitspegels
in dem Auslassgefäß kann durch
den Abstand zwischen dem maximalen Flüssigkeitspegel und dem minimalen
Flüssigkeitspegel
ausgedrückt
werden. Durch das obige Experiment ermöglicht die Schwankung des Flüssigkeitspegels
von nahezu von 0,2 mm in dem Auslassgefäß 14 eine Schwankung des
Flüssigkeitspegels
in dem Speichergefäß 13 zu
verringern auf einen Schwankungswert unterhalb eines Bereichs von
20–30 μm.
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In
dieser Erfindung kann die Schwankung des Flüssigkeitspegels in dem Speicherbehälter 13 durch die
Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
aus dem Auslassgefäß 14,
welches mit dem Speicherbehälter 13 verbunden
ist, unterdrückt
werden, verglichen mit denjenigen, welche kein Auslassgefäß aufweisen.
Darüber hinaus
ermöglicht
ein Auslassgefäß mit einer
Oberfläche
die doppelt so groß ist
oder größer ist
als die des Speichergefäßes, die
Schwankung des Flüssigkeitspegels
in dem Speicherbehälter
auf einen Schwankungswert unter 50 μm zu reduzieren. Es ist daher
wünschenswert,
dass das Auslassgefäß 14 eine
Oberfläche
hat die doppelt so groß oder
größer ist
als die des Speicherbehälters 13.
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8 ist
eine schematische Ansicht, welche eine andere Ausführungsform
der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Ausführungsform, welche in 5 gezeigt
ist, hat der Luft-Pumpen-Mechanismus mit dem Gefäß 23, dessen Ausgang
mit dem Speicherbehälter 13 der
Flüssigkeitsaufnahmevorrichtung 11 verbunden
ist, und die Druckluft-Pumpe 25, die mit dem Einlass mit
dem Gefäßes 23 verbunden
ist, wird eingesetzt als Flüssigkeitsversorgungsmittel,
und der peristatische Typ des Luft-Pumpen-Mechanismus mit dem Gefäß 27,
dessen Einlass mit dem Auslassgefäß 14 der Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 verbinden
ist, und der Dekompressionsluft-Pumpe 29, die verbunden
ist mit dem Auslass des Gefäßes 27,
wird als Flüssigkeitsauslassmittel
verwendet.
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Die
Luft-Pumpen 25 und 29 sind jedoch aus Kreiselpumpen
gebildet, welche Hübe
bereits durch ihre Natur mit sich bringen, und heben daher zusätzliche
Flüssigkeiten,
welche in die Flüssigkeitsaufnahme-Einheit 11 gegeben
und aus dieser ausgelassen werden. Im Ergebnis leidet der Flüssigkeitspegel
auf Grund dieser Hübe.
Auf der anderen Seite hat in dem Ausführungsbeispiel, welches in 8 gezeigt
ist, ein Verdrängerpumpen-Mechanismus
von einem zylindrischen Typ oder eine Verdrängerpumpe vom Typ 31,
in welcher der Kolben 31b sich in seinem Zylinder 31a hin-
und herbewegt, und ein Folgestößel 32 mit
einem gepulsten Motor wird als Flüssigkeitsversorgungsmittel
eingesetzt, und ein Spritzen- oder ein Verdrängerpumpen-Mechanismus 37 mit
einer Verdrängerpumpe 35,
in welcher sein Kolben 35b sich hin- und herbewegt in seinem
Zylinder 35a, und ein Kolbenstößel 36 wird mit einem
gepulsten Motor als Flüssigkeitsauslassmittel
eingesetzt.
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Da
die Verdrängerpumpen-Mechanismen 33 und 37 nicht
bereits auf Grund ihrer Natur Hübe
verursachen im Vergleich zu dem obigen Luft-Pumpen-Mechanismus,
kann die Schwankung des Flüssigkeitspegels wesentlich
reduziert werden im Vergleich zu dem obigen 5 gezeigten
Fall. In diesem Fall ist es wünschenswert,
dass der Kolben 31b der Verdrängerpumpe 31 auf der
Flüssigkeitsversorgungsseite
betrieben wird, synchronisiert mit dem Kolben 35b der Verdrängerpumpe 35 auf
der Füssigkeitsauslassseite.
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9A und 9B zeigen
die Kolbenverdrängungen
in den Verdrängerpumpen 31 und 35,
und 9C zeigt die Schwankung des Flüssigkeitspegels in dem Speicherbehälter 13 in
einer beliebigen Skala. Während
einer langen Zeit von 400 Sekunden ist der Flüssigkeitspegel in Schwankung
gebracht, der Schwankungsgrad ist jedoch sehr klein, so dass er
die Flüssigkeitsanalyse
nicht beeinflusst. Darüber
hinaus beträgt die
Schwankung in einem Zeitmoment meist 1 bis 10 μm, was sehr wenig ist. Dann
wird der Flüssigkeitspegel merklich
in Schwankung versetzt, wenn die Bewegungsrichtung der Kolben umgekehrt
wird, was aus der Schwierigkeit der perfekten Synchronisierung zwischen
dem Kolben 31b und 35b auf Grund der Schwankungscharakteristik
der gepulsten Motoren herführt.
Bei der Flüssigkeitsanalyse
wird jedoch, nachdem ein zusätzliche
Flüssigkeit
zugeführt
wurde und die analysierte ausgelassen wurde, wird die nachfolgende
Flüssigkeitsanalyse
ausgeführt.
Daher ist die Analyse der Flüssigkeit
nicht immer durch die große
Schwankung des Flüssigkeitspegels
bei der Umkehrung der Richtung der Kolben beeinflusst. Die Schwankung
des Flüssigkeitspegels
bei der Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
mit der Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist jedoch wesentlich geringer als die Schwankung bei
einer Vorrichtung, die keine Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
aufweist. Daher kann sogar die Schwankung des Flüssigkeitspegels für einige Anwendungen
vernachlässigt
werden. Als nächstes
wird das Experiment zur Bestimmung der Flüssigkeitspegelschwankung beschrieben
werden, wobei der Oberflächenbereich
des Auslassgefäßes verändert wird.
Es werden Auslassgefäße mit Durchmessern
von 2 mm, 5 mm und 10 mm als Auslassgefäß 14 vorbereitet.
Der Speicherbehälter 13 hat
eine rechteckige Größe von 3
mm × 2
mm. Daher ist das Verhältnis
der Fläche
des Auslassgefäßes 14 zu
der Fläche
des Speicherbehälters 13 meist ½, 3 oder
13. Darüber
hinaus liegen die Kapazitäten
der Verdrängerpumpengefäße 31 bzw. 35 bei
1000 μl
und die Durchflussrate liegt bei 25 μl/min. (1 Hub pro 20 Minuten).
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10 zeigt
die Standardabweichung der Flüssigkeitspegelschwankung
in dem Speicherbehälter 13 auf
der vertikalen Achse gegen den Durchmesser des Auslassgefäßes 14 als
Abszisse. Die Schwankung des Flüssigkeitspegels
ist relativ groß bei
den Durchmessern von 2 mm und 5 mm des Auslassgefäßes 14,
sie ist jedoch sehr klein bei dem Durchmesser von 10 mm. 11 zeigt
die Schwankungsrate des Flüssigkeitspegels pro
Minute als vertikale Achse gegen den Durchmesser des Auslassgefäßes als
Abszisse.
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Aus 11 wird
offensichtlich, was die Schwankungsrate des Flüssigkeitspegels relativ groß ist bei den
Durchmessern von 2 mm und 5 mm, jedoch sehr klein ist bei dem Durchmesser
von 10 mm.
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Es
resultiert, wie aus dem obigen Experiment deutlich wird, dass das
Auslassgefäß 14 mit
dem Durchmesser von 10 mm ermöglicht,
dass die Schwankung des Flüssigkeitspegels
in dem Speichergefäß 13 merklich
reduziert wird, so dass vorzugsweise das Auslassgefäß 14 einen
Oberflächenbereich
hat, der gleich groß oder
größer ist
als der des Speicherbehälters 13.
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Die
experimentellen Ergebnisse für
die konventionellen Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung und die
Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
nach der vorliegenden Erfindung sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet.
Hierin weist die Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
ein Auslassgefäß mit 10
mm Durchmesser auf.
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In
der oben stehenden Tabelle wird die Schwankung des Flüssigkeitspegels
gemäß einer
beliebigen Skala angegeben. Wie offensichtlich wird aus der obigen
Tabelle, kann die Flüssigkeitsaufnahme-Einheit
den Flüssigkeitspegel
zum Vergleich zu konventionellen Einrichtungen reduzieren. Insbesondere
hat die Flüssigkeitsaufnahme-Einheit mit Verdrängerpumpen
mit den entsprechenden Kolben sowohl in auf der Flüssigkeitsversorgungsseite
und der Flüssigkeitsauslassseite,
wie gezeigt in 8, eine Flüssigkeitspegelschwankung, die
ein Viertel so groß ist
wie diejenige, die in 5 gezeigt wurde.
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Der
Speicherbehälter
hat in der obigen Ausführungsform
die rechteckige Oberfläche,
kann jedoch eine quadratische, runde oder elliptische Oberfläche haben.
Darüber
hinaus hat das Auslassgefäß eine kreisförmige Oberfläche, kann
jedoch eine elliptische, eine quadratische oder rechteckige Oberfläche aufweisen.
Darüber
hinaus sind in den obigen Ausführungsbeispielen
Speicherbehälter,
das Auslassgefäß und der
Flusspfad einstückig
an der Oberfläche
eines einzigen Grundmaterials geformt, aber einige davon oder alle
können
getrennt ausgebildet werden. Darüber
hinaus ist der auslassende Einlass der Auslassröhre im Zentrum des Auslassgefäßes positioniert,
kann jedoch ebenfalls in einer Position positioniert sein, die vom
Zentrum entfernt ist.
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(Industrielle Anwendbarkeit)
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Wie
oben erwähnt
hat die Vorrichtung zur Flüssigkeitsbehandlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung das Auslassgefäß, welches
mit dem Speicherbehälter
durch den Flusspfad verbunden ist, um die wenige Flüssigkeit
zu entlassen, neben dem Speichergefäß mit der wenigen Flüssigkeit
darin, und kann damit die Schwankung des Flüssigkeitspegels in dem Speicherbehälter ohne
Berücksichtigung
der Schwankung des Flüssigkeitspegels
in dem Auslassgefäß unterdrücken. Wenn
der Oberflächenbereich
des Auslassgefäßes doppelt
so groß wird
oder einen größeren Wert
annimmt als derjenige des Speicherbehälters, kann die Schwankung
des Flüssigkeitspegels
stark zurückgedrängt werden.
