JP6837140B2 - 脱ガス装置 - Google Patents
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Description
・ 圧縮性ガスの弾性特性により、圧力信号を減衰させることができ、それによって、例えばその圧力はもはやマイクロバルブに到達せず、もはや同じものを開くことはない。
・ 気泡の自由表面は毛管力を生じさせ、そのことは、例えばマイクロバルブ、小さな隙間、または毛細管において、重大な擾乱である。ここでは、毛細管力が大きいほど、形状が小さくなる(ラプラスの式)。
・ これらの毛管力は、気泡がコーナーやデッドスペースに蓄積し、フラッシングで除去できないという影響もある。
・ 気泡が存在すると、センサー膜に気体が存在し、液体が存在しない場合、液体センサーの測定が完全に不正確になる可能性がある。
・輸送過程によって気泡がシステムに入り込むことがある。
・ (例:プラスチックチューブ、特にシリコン製)壁を通ってシステム内に空気が拡散し、システム外に水蒸気が拡散すると、気泡が発生することがある。
・ 流体システムでは、 例えば液体が大気と接触しているとき、気泡と気体はしばしば液体中に分解して存在する。
・ 圧力変化中(圧力低下)または温度変化中(温度上昇)には、液体媒体に溶解しているガスが過飽和になる可能性があり、それから泡にガスが噴き出し、同じ問題を引き起こすかも知れない。
・ 気体が溶解している、または気泡の形で存在している液体を輸送する全てのマイクロフルイディックシステム。
・ 流体計測技術。
・ ラボオンチップシステム。
・ ガスフリーの液体を必要とし、その寸法がミリメートルの範囲のチューブと数ミリリットル/分の供給速度を必要とする産業プラント。
・ マイクロリットル範囲の液体を扱うバイオテクノロジーおよび医療技術の用途。
マイクロポンプ102は、それに必要な負圧を発生させ、動作中にそれを維持する。
技術的なパラメータ:
・送出ポンプ102、202の送出速度
・多孔性チューブ104、301の既存の直径
・−55kPaまでのマイクロポンプ102による負圧の可能性
・チューブの長さと内径による圧力降下
・真空室101内での保持時間(供給速度と管長との組み合わせ)
仕様書の適用例
・脱気が機能する最大流量:例えば、100μl/分(毎分100マイクロリットル)。携帯型分析システム(例えばLab − on − chip)においても携帯型投薬システム(特にパッチポンプ)においても、最大送達速度がこの値を下回るので、この送達速度は有利である。
・本発明の装置100では、携帯用マイクロドーズシステムにおいて、液体105が、潜在的飽和状態(100%溶存空気)から低飽和状態に移行することになり、気泡は、投与量の正確さやセンサー機能に悪影響を及ぼす可能性があるため、液体は圧力や温度の変動によってもはやガス放出することはできない。したがって、本発明の装置100を用いて最大30%の脱気を達成することができる、すなわち、液体105は、本発明の装置100を通過した後に最大70%の飽和を有する。
・気体が溶解しているか、気泡の形で存在している場所で液体を輸送するすべてのマイクロフルイディックシステム。
・流体計測技術。
・ラボオンチップシステム。
・ガスフリーの液体を必要とし、その寸法がミリメートル範囲のチューブと、数ml/分(毎分数ミリリットル)と、の供給速度を必要とする産業プラント。
・マイクロリットル範囲の液体を扱うバイオテクノロジーおよび医療技術の用途。
したがって、単一供給として電力のみが必要とされる。
したがって、大きな利点は移動性である。
さらなる利点は、必要なスペースが少ないことである。
従来の脱ガス装置では、別のポンプが必要である。
さらなる利点はエネルギーの節約である。
ポートおよび接続チューブでの漏れ率のために、外部ポンプは通常追加のエネルギー消費を伴う損失を示す。
・液体で満たされ、負圧102を発生させるマイクロポンプによって液体が流れる流体導管104内の溶解ガスを減少させるための、流体導管104、ガス透過性要素106、および圧力室101で構成される装置100。
・少なくとも1つの流体入口107および流体出口108、流体入口107と流体出口108との間の流体領域104、および圧力室101からなる装置100であって、圧力室101は、気体透過性かつ液体不透過性の分離要素106によって流体領域104から少なくとも部分的に分離され、圧力室101内の空気圧は、少なくとも1つのマイクロポンプ102によって流体圧力より下に下げることができる。
・電源接続またはバッテリ駆動の携帯機器。
・溶存ガスも第2段階として有効である(バブル)。
・マイクロポンプ102は、負圧室101に内蔵することもできるし、別々に接続することもできる。
・ガス透過性要素106は、チューブ(管)、膜、多孔質板として、または折り畳まれて存在することができる。
・ガス透過性材料は、疎水性、疎油性などであり得る。
・漏れ速度を防止するため、換気による規制を補うため、または「ストリップ」ガスを導入するため、または別の規定のガス組成を導入するための、負圧室101またはマイクロポンプ導管内の追加の弁。
・負圧室101またはマイクロポンプ導管内の追加の圧力センサー302。それに接続されているためのインテリジェント規制のさまざまなオプションがある
○ エネルギーを節約するために、マイクロポンプ102は負圧が増加したときにのみ作動される。
○ 送出ポンプ102、20の流量最適化の調整。
・負圧が同じ→配送率を上げることができる。
・マイクロポンプの最大出力→吐出量が少ないにもかかわらず負圧が上昇。
・マイクロポンプ102の連続的なまたは要求に基づく操作。
・流体導管104を通る連続的または断続的な流れ。
・液体供給はマイクロポンプ102によっても行うことができる。
・加熱要素404、403を冷却することによる負圧室101内の追加の温度調整。
・負圧室101を冷却することおよび脱気すべき流体を加熱すること105は、それぞれ気体放出速度を増加させるであろう。
・負圧室101内の1つまたは複数の流体導管。
・負圧室101の前または中での気泡検出(例えば、容量性、光学的)およびマイクロポンプ102をスイッチオンするための気泡検出に依存したポンプ調整、または気泡を吸い出すための送出速度の低下。
・おそらく完全に脱ガスされた流体105のみがさらに輸送されるように調整しながら(=さらなる小型化)、負圧室101内の圧力の増加または圧力レベルを維持するために必要なポンプ出力によって脱ガス速度を検出する。
・脱ガス特性による流体特性の検出。
1)クランプ
・マイクロポンプ102の入口および出口109、110は、マイクロポンプ102の底部にある。チップが1つまたはいくつかのシール要素上に固定されているという点で、これを脱ガス装置のハウジング101にしっかりと流体接続することができる。
密封要素は、例えば、
○ このプラスチックは、例えば、ホットスタンピングまたは射出成形によって形成することができる。
○ ポンプチップ102が固定されている2つのOリング(Oリングが十分なスペースを持つようにポンプチップが設計されている場合)。
・クランプ要素は、例えば、ポンプチップ102に取り付けられ、定義された方法でチップ102をシール要素に押し付ける蓋である。この蓋は、いくつかのネジ、またはヒンジとスナップロックによって脱ガス装置101に取り付けることができる。
・シール要素では、シールが得られる負圧に対して気密であることを考慮する必要がある。そのためには、クランプ構造でデザインルールを考慮する必要がある。
・例えば、Oリングには、負圧で十分な気密性を確保するためにレシーバをどのように設計する必要があるかという規則がある。ここで、必要に応じて、脱ガス装置のハウジング101と、シリコンシールまたはOリングが挿入されるポンプチップ102との両方において、それぞれの構造を実現することができる。
・100%の締め付けは必要ありません。しかしながら、既存の漏れ速度は、負圧を発生させるためのポンプ容量を超えてはならない。あるいは、電池で作動する用途の間に大きなエネルギー収支が利用可能でないとき、マイクロポンプ102は、漏れ率を補償しそして負圧を維持するために連続的に作動してはならない。
・しかしながら、マイクロポンプ112内の受動逆止弁も漏れ速度を有し、その結果、周囲空気がスイッチオフされたマイクロポンプ102を通って負圧室101に逆流する。
・漏れ率が大きすぎる場合は、次のことが必要になることがある。:
○ 受動的逆止め弁システムは、漏れ率が最小になるように、また閉鎖方向に残留ギャップが存在しないように設計する必要がある。
○ シールのために、「逆方向の安全弁」が使用されるべきである(例えば、WO 2014/094879 A1を参照)。これらのソフトシールでは、残留ギャップはありません。
2)接合層による接着または接合
・ポンプチップ102は、以下のようにして脱気器ハウジング100に直接しっかりと接続することができる。
○ 接着
○ 溶接
○ 結合(例:陽極結合、共晶結合)
圧力(の)単位
1気圧=1000mbar=1000hPa=100kPa
ガスは液体に溶ける。これは、気体が気泡として存在しているのではなく、個々の気体分子が液体分子の間に混在していることを意味する。気体分子が液体から除去される場合、これは脱ガスと呼ばれる。
溶解度は、特定のガスを溶解する特定の液体の特性に関する。溶解度が高いほど、より多くの気体を液体に溶解させることができる。溶解度は温度に依存する。
分圧は、ガス混合物中の個々の成分の分圧に関係する。全ての分圧の合計は全圧に等しい。分圧は、個々のガス成分がそれぞれの体積中に単独で存在する場合に、個々のガス成分が存在するときに適用される圧力に対応する。
Claims (11)
- 圧力室(101)および前記圧力室(101)と流体的に結合されたマイクロポンプ(102)を含む装置であって、
前記圧力室(101)は、気体搬送領域(103)と液体搬送領域(104)を含み、
前記マイクロポンプ(102)は、前記液体搬送領域(104)を通って流れる液体(105)の流体圧力より低い空気圧を前記気体搬送領域(103)内に発生させるように構成され、
気体透過性かつ液体不透過性の分離要素(106)が、前記気体搬送領域(103)と前記液体搬送領域(104)とを互いに少なくとも部分的に分離し、
前記マイクロポンプ(102)は前記圧力室(101)に配置され、前記液体搬送領域(104)は前記圧力室(101)内を走るチューブ導管(301)であり、前記チューブ導管(301)は少なくとも部分的に、前記気体透過性かつ液体不透過性の分離要素(106)を形成する資材を備える、または
前記分離要素(106)は、前記気体搬送領域(103)と前記液体搬送領域(104)との間に配置された、気体透過性かつ液体不透過性の膜であり、
前記圧力室(101)の前記液体搬送領域(104)は、それによって前記装置(100)を液体搬送システム(200)の液体搬送導管(401)に挿入することができる入口(107)および出口(108)を含み、前記液体搬送システム(200)は、前記液体搬送領域(104)を介して液体(105)を供給することができる液体送出ポンプ(102、202)を含む、または前記マイクロポンプ(102)は、前記液体搬送領域(104)を介して液体(105)を送出するように構成され、
前記装置(100)は、前記気体搬送領域(103)に流体的に結合された圧力センサー(302)と、前記圧力センサー(302)および前記液体送出ポンプ(102、202)に接続可能な制御部(303)とを含み、前記制御部(303)は、前記液体送出ポンプ(102、202)の送液速度が、前記気体搬送領域(103)内の圧力が閾値に達するまでは増加する、および/または、前記気体搬送領域(103)内の圧力が閾値を超えると低下するように、前記圧力センサー(302)の信号に応じて前記液体送出ポンプ(102、202)を制御するように構成されることを特徴とする、装置(100)。 - 前記チューブ導管(301)は前記圧力室(101)内に螺旋状に配置されている、請求項1に記載の装置(100)。
- 前記マイクロポンプ(102)は、前記圧力室(101)の前記気体搬送領域(103)内に、大気圧に対して−30kPa〜−55kPaの負圧を発生させるように構成されている、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記マイクロポンプ(102)は、50μl(マイクロリットル)以下のポンプストローク当たりのストローク容量を含む、請求項1〜請求項3のうちの1項に記載の装置。
- 前記マイクロポンプ(102)は、ネジおよび/またはクランプ固定によって、前記圧力室(101)に取り付けられる、請求項1〜請求項4のうちの1項に記載の装置(100)。
- 前記マイクロポンプ(102)は、接着剤または半田によって前記圧力室(101)に取り付けられる、請求項1〜請求項5のうちの1項に記載の装置(100)。
- 前記装置(100)は、前記気体搬送領域(103)に流体的に結合された圧力センサ(302)と、前記圧力センサ(302)に接続された制御部(303)と、をさらに含み、前記制御部(303)は、前記圧力室(101)の前記ガス搬送領域(103)内の圧力が閾値を超えて上昇すると前記マイクロポンプ(102)がオンになるように、前記圧力センサ(302)の信号に応じて前記マイクロポンプ(102)を制御するように構成される、請求項1〜請求項6のうちの1項に記載の装置(100)。
- 前記装置(100)は、前記気体搬送領域(103)を冷却する、および/または、前記液体搬送領域(104)を加熱するように構成された温度調節装置(402)を含む、請求項1〜請求項7のうちの1項に記載の装置(100)。
- 前記装置(100)は、ストリップガスを前記圧力室(101)の前記気体搬送領域(103)に導入するために、ストリップガス運搬導管に接続された気体搬送領域(103)に流体的に結合された弁を含む、請求項1〜請求項8のうちの1項に記載の装置(100)。
- 前記圧力室(101)内または前記圧力室(101)の前方の液体(105)の流れ方向に、前記液体(105)内の気泡を検出するように構成された光学的また容量性の気泡検出手段が設けられ、かつ、前記装置(100)は、検出された気泡に応じて前記マイクロポンプ(102)をオンにするように構成された制御部(303)をさらに含む、請求項1〜請求項9の1項に記載の装置(100)。
- 請求項1〜請求項10の1項に記載の装置(100)を含む、液体搬送システム(200)。
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