(57)【要約】  本発明は、圧力室（１０１）と、圧力室（１０１）と流体連通するマイクロポンプ（１０２）とを有する装置（１００）に関する。圧力室（１０１）は、気体搬送領域（１０３）と液体搬送領域（１０４）とを含む。マイクロポンプ（１０２）は、液体搬送領域（１０４）を介して流れる液体（１０５）の流体圧力よりも低い空気圧を気体搬送領域（１０３）内に発生させるように構成される。本発明によれば、気体透過性かつ液体不透過性の分離要素（１０６）が、少なくとも部分的に気体搬送領域（１０３）と液体搬送領域（１０４）とを分離する。本発明によれば、マイクロポンプ（１０２）は圧力室（１０１）上に配置されている。【選択図】図１
2019532212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室（１０１）および前記圧力室（１０１）と流体連通するマイクロポンプ（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）を介して流れる液体（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、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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）であることを特徴とする、装置（１００）。
【請求項２】
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、請求項１に記載の装置（１００）。
【請求項３】
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または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
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〜請求項３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記マイクロポンプ（１０２）は、５０（μｌ）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４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
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５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記マイクロポンプ（１０２）は、接合手段によって、特に、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６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記分離要素（１０６）は、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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ることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
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８の１項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記装置（１００）は、それによって、液体（１０５）を、前記液体搬送領域（１０４）を介して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）を供給するように構成される、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
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）に接続された制御部（３０３）とを含み、前記制御部（３０３）は、前記液体送液ポンプ（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増加するように、および／または、前記送液ポンプ（１０２、２０２）の送液速度が、前記気体搬送領域（１０３）内において閾値を超えた圧力では低下するように、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、請求項１０に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
前記装置（１００）は、前記気体運搬領域（１０３）を冷却する、および／または、前記液体運搬領域（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１１のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
前記装置（１００）は、ストリップガスを前記圧力室（１０１）の前記気体運搬領域（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運搬領域（１０３）に流体結合された弁を含む、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
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１３のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１５】
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）を前記液体搬送システム（２００）の前記液体搬送導管（４０１）に挿入することができる入口（１０７）および出口（１０８）を含む、請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の装置（１００）。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５の１項に記載の装置（１００）を含む、液体搬送システム（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の特徴を有する液体の脱ガスをするための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気泡は、マイクロ流体システムにおける主な問題の１つである。 泡はさまざまな悪影響を及ぼす可能性がある。
・  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。
【０００３】
したがって、マイクロ流体システムでは、そのような気泡はしばしば構成要素の故障または不正確な測定値をもたらす。
【０００４】
無気泡方式でマイクロ流体システムを充填するための方法が存在する。しかしながら、動作中にこの気泡のない状態を恒久的に維持することは非常に難しい。
・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。
【０００５】
したがって、気泡を分離し、溶解した気体分子を飽和液体から引き出す技術を提供することが望ましいであろう。
【０００６】
標準的な技術では、受動的および能動的な脱ガス装置の両方がそのために知られている。
【０００７】
受動的な脱ガス装置は、液体から気泡を分離する非湿潤膜（水の場合は疎水性）を特徴とする。大気圧より高い圧力が液体内に広がると、到達した気泡は、非濡れ性膜によって液体流から除去される。この高められた圧力は、例えば脱ガス装置が導管内に垂直に配置されているという点で重力によって、影響を受ける可能性がある。ぎず、気泡のみを引き出し、液体から溶存ガスを引き出すことはできない。
【０００８】
能動的な脱ガス装置はまた、液体と接触しているガスを堆積させるための非湿潤膜からなる。駆動効果としての圧力差は、外部から加えられる負圧によって蓄積される。これは真空ポートまたは真空ポンプの形で行うことができる。
【０００９】
ガス特有の方法で脱ガス速度を増加させるために、例えば「ストリップ」ガス、例えば窒素を使用することができる。脱ガス装置内のガス組成が「ストリップ」ガスのために変更されると、他のガスの分圧は、効果的により高い圧力差を見ながら同時に減少する。
【００１０】
能動的な脱ガス装置は、例えば、ＵＳ２００５／０９２１８２Ａ１に記載されている。米国特許出願公開第２００７／００１２１９０号明細書には、能動的な脱ガス装置と受動的な脱ガス装置の組み合わせが記載されている。両方の参考文献において、そこに記載されている能動的な脱ガス装置は、それを外部真空ポンプに接続することができるポートを有する圧力室を備える。それ故、圧力室を排気するためには、能動的な脱ガス装置がそもそも作動するように、真空ポンプを常に運搬しなければならないか、またはそれぞれの場所に存在させなければならない。
【００１１】
この問題を解決するために、脱ガスのために超音波を使用する能動的な脱ガス装置が、負圧を発生させる真空ポンプに代わるものとして提案されてきた。この場合、脱ガスされる液体中に超音波が発生し、これが局所的に圧力変動を引き起こし、これもまた負圧領域にキャビテーションを生じさせる。そこでは、溶存ガスが気泡に集まり、除去することができる。しかしながら、超音波による脱ガスは非常に高価でありそして操作は比較的複雑である。さらに、超音波源は従来の真空ポンプよりもかなり高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明の目的は上記の欠点を示さずに液体を脱ガスするのに適した装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、この目的は請求項１の特徴を有する装置によって解決される。
【００１４】
とりわけ、本発明の装置は、圧力室と、圧力室と流体接続しているマイクロポンプとを含む。マイクロポンプは、マイクロシステム技術で製造されたポンプです。マイクロポンプの寸法は、通常、数百マイクロメートルの範囲内にある。マイクロポンプは、シリコン製のマイクロポンプチップとして構成することができる。チップサイズは、例えば７×７ｍｍ2以下であり得る。マイクロポンプは、その膜が圧電アクチュエータによって作動され得るマイクロ膜ポンプであり得る。メンブレンはシリコン製でもよい。ポンプ膜として金属箔を使用することも可能である。マイクロポンプは、ポンプストローク当たりの吐出量を、例えば１ストロークの吐出量を５０μｌ（マイクロリットル）以下にすることができる。従って、マイクロポンプはマイクロフルイディクスの範囲内にある。この程度のマイクロフルイディクスでは、古典的な流体力学では無視できることが多い効果が支配的となり得るため、マイクロフルイディクスにおける流体の特性は巨視的な流体の特性とは著しく異なり得ることが知られている。本発明によれば、圧力室は２つの部分に分割され、圧力室は気体運搬領域と液体運搬領域とを含む。気体運搬領域には、気体または気体複合体、例えば周囲空気が存在し、これらは気体運搬領域内で大部分が自由に動くことができる。液体搬送領域には、送液ポンプによって液体搬送領域を介して、送液できる液体が存在する。すなわち、流体ポンプによって発生させられた流体圧力のために、液体は液体搬送領域を介して、通常は規定された流速で流れ、ここで、流体圧力は大気圧とわずかに異なるだけかも知れない。１つまたは複数のガスが液体中に（例えば、ガス混合物内で）溶解され、それは本発明の装置によって少なくとも部分的に除去することができる。このために、マイクロポンプは、気体運搬領域内に、液体運搬領域を介して流れる液体の流体圧力より低い空気圧を作り上げるように構成される。これは、マイクロポンプが圧力室内に、圧力室の気体搬送内部の大気圧と圧力室の液体搬送領域内の流体圧力との間に圧力差を生じさせることを意味する。好ましくは、マイクロポンプは、液体搬送領域に対してガス搬送領域内に負圧を発生させる、すなわち、ガス搬送領域内の空気圧は、液体搬送領域内の流体圧力よりも低い。流体圧力が圧力室を取り囲む環境の周囲空気圧にほぼ対応する場合、マイクロポンプは大気圧に対して気体運搬領域に負圧を発生させるとも言える。 液体に溶解したガスは、環境中に特定の分圧を含む。液体が圧力室の液体搬送領域内に案内されると、液体は圧力室の気体搬送領域内に広がる負圧によって囲まれる。この一般的な負圧によって引き起こされる、液体に溶解した気相の分圧は減少する。結果として、液体の溶解性またはガス吸収能力は減少し、ガス分子は液体からガスを放出し始めるかまたは液体から溶け出し始める。さらに、本発明によれば、装置は、ガス搬送領域と液体搬送領域とを少なくとも部分的に隔離するガス透過性かつ液体不透過性の分離要素を備える。液体から放出されるガスはこの分離要素を介して外側に、すなわち圧力室のガス運搬部の方向に拡散することができるが、液体自体はこの分離要素を介して拡散することはできない。したがって、分離要素は液体障壁を形成する。分離要素を介して拡散したガスの一部は、このようにして液体から分離される。したがって、液体は少なくとも部分的に本発明の装置によって脱ガス（脱気）されている。本発明によれば、マイクロポンプは圧力室に配置されている。冒頭で述べたように、従来技術は外部真空ポンプを接続するためのポートが設けられている圧力室が知られているだけである。しかしながら、これらの真空ポンプは比較的大型で不便であり、それ故に携帯性がほとんどない。しかしながら、本発明は、マイクロポンプが圧力室上に直接配置されるか又は圧力室内に一体化されることを提供する。このようにして、圧力室とマイクロポンプとの携帯可能な組み合わせユニットが得られる。マイクロポンプの寸法は従来のマイクロポンプと比較して非常に小さいので、圧力室およびマイクロポンプの全ユニットも非常にコンパクトにすることができる。これにより、本発明の装置の移動性が著しく向上する。さらに、本発明の装置はマイクロポンプ用の１つの電気的接続を備えるだけであり、これは外部真空ポンプに通じる太い圧縮空気ラインよりも取扱いが著しく簡単である。マイクロポンプが電池式の場合はさらに簡単である。そうすれば、電源接続でさえも省略することができ、本発明の脱ガス装置の移動性がさらに高められる。このように、本発明の脱ガス装置は複合ユニット（圧力室＋ポンプ）として簡単な方法でどこでも使用することができるが、公知の脱ガス装置は常に現場の圧力室を排気するための外部真空ポンプの存在に依存する。
【００１５】
マイクロポンプは、ねじおよび／またはクランプ固定によって圧力室に取り付けられることが可能である。したがって、マイクロポンプは、例えば圧力室に直接、ねじ止めすることができ、もちろんそれぞれのシーラントがねじ孔に設けられることになる。例えば、圧力室に固定されているマイクロポンプを覆って蓋が取り付けられ、それにより規定された方法でマイクロポンプを圧力室に押し付けることも可能である。この蓋は、例えば、ねじによって、またはヒンジもしくはスナップロックによって圧力室に取り付けることができる。ヒンジまたはクランプ接続の利点は、例えば欠陥の場合にマイクロポンプを容易かつ簡単に交換できることである。
【００１６】
代替的または追加的に、マイクロポンプは、接合手段によって、特に接着剤またははんだによって圧力室に取り付けることもできる。したがって、マイクロポンプは、例えば接着、はんだ付けまたは接合（例えば、陽極接合、共晶接合）によって圧力室に取り付けることができる。接着によるシーリング効果はクランプによる効果よりも大きい。さらに、接着はより安価であり、別個の蓋を設ける必要はない。
【００１７】
マイクロポンプが、圧力室のガス搬送領域内で大気圧に対して−３０ｋＰａ〜−５５ｋＰａまでの負圧を発生させるように構成されることが可能である。そのような負圧はマイクロポンプにとっては異常に高く、そして選択されたプロセスパラメーターの正確な調整によってのみ得ることができる。しかしながら、規定された範囲内の負圧が、マイクロ流体用途において圧力室を通って流れる流体の比較的高い流速で高い脱ガス速度を実現するのに特によく適していることを示した。数値で言うと、最大１００μｌ／ｍｉｎの高い流速にもかかわらず、最大５４％（絶対）の脱ガス速度が得られ、圧力室の液体搬送領域内の液体の平均滞留時間は約４８秒である。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、分離要素は、気体運搬領域と液体運搬領域との間に配置された気体透過性かつ液体不透過性の膜とすることができる。これは、圧力室の気体運搬領域と液体運搬領域とがそのような膜によって分離されていることを意味する。好ましくは、膜は一方向のガスに対してのみ透過性である。したがって、膜は、その透過側が圧力室の気体搬送領域に面し、膜の保持側が圧力室の液体搬送領域に面するように圧力室内に配置される。このように、液体から出たガスが膜を通過することができる間、液体は圧力室の液体搬送領域内に膜によって保持され、その結果、ガス放出ガスは液体搬送領域からガス搬送領域へと通過することができる。
【００１９】
代替的に又は付加的に、液体搬送領域は圧力室内で延びる管路とすることができる。チューブ導管は、それが可撓性であり、したがって圧力室内に任意の形態で配置することができるという利点を有する。有利には、チューブ導管は、圧力管内をこのチューブ導管を通って流れる液体の圧力室内での滞留時間を増大させることができるように、例えば螺旋形状または螺旋形状で圧力室内に設置することができる。
【００２０】
ここで、チューブ導管は、少なくとも部分的に、気体透過性かつ液体不透過性の分離要素を形成する資材を含むことができる。これは、チューブ導管が完全にまたは部分的にガス透過性および液体不透過性の材料から製造され得るか、またはそれを含み得ることを意味する。有利には、チューブ導管は、少なくとも圧力チャンバ内を走るその区画に、そのようなガス透過性および液体不透過性の資材を含む。チューブ導管を通って流れる液体に溶解したガスは、少なくともチューブ導管のこれらの特定の部分を通って圧力室のガス運搬領域に拡散することができる。チューブ導管が備えるガス透過性および液体不透過性の部分が多いほど、拡散速度は速くなる。したがって、チューブ導管全体がそのようなガス透過性かつ液体不透過性の材料からなることが有利である。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、装置は、気体搬送領域に流体的に結合された圧力センサーと、圧力センサーに接続された制御部とを備える。制御部は、圧力センサーの信号に応じてマイクロポンプを制御し、圧力室のガス搬送領域内の圧力が閾値を超えたときにマイクロポンプがオンになるように構成されている。液体搬送領域からのガスが圧力室のガス搬送領域に拡散すると、圧力室のガス搬送領域内の負圧が低下するか、または圧力室内の絶対圧力が上昇する。圧力室内のガス抜きは、圧力室内の優勢な負圧がガス抜きされるべきガスの分圧との差が存在しない程度に補償されるまでのみ有効である。したがって、脱気すべきガスの分圧と圧力室内の圧力との間にはもはや圧力勾配が存在しない。その後、ガスはもはや圧力室のガス搬送領域に拡散しない。早期にこの状況を検出するために、本発明の装置はそれぞれの圧力センーを備えることができる。圧力センサーは、圧力室内に広がる圧力の特定の閾値を検出する。例えば 漏洩または上述のガス拡散によって、負圧がこの閾値を下回ると、圧力センサーはこの圧力降下をコントロールに伝える。制御部は、再びマイクロポンプを制御して圧力室のガス搬送領域内の負圧を再び増加させる。
【００２２】
装置が、液体搬送領域を通して液体を送達することができる送達ポンプを含むことが可能である。代替的に又は付加的に、マイクロポンプは液体搬送領域を通して液体を供給するように構成することもできる。したがって、液体送出ポンプは、一方ではマイクロポンプが圧力室の気体運搬領域に負圧を発生させるという効果を有する一方で、圧力室を通して脱ガスされるべき液体を送出するという効果を有する。本発明の装置をさらに可動性にするための供給ポンプを省くために、マイクロポンプは脱ガスされるべき液体の供給を引き継ぐこともできる。送達ポンプもまたさらなるまたは追加のマイクロポンプであることも可能であり得る。
【００２３】
ここで、装置は、気体搬送領域に流体的に結合された圧力センサーと、圧力センサーおよび送液ポンプに接続された制御装置とを含み、制御装置は送液ポンプを独立して制御するように構成され、送液ポンプの送出速度は、ガス搬送領域内の圧力が閾値を超えたとき、気体搬送領域内の圧力が閾値に達するまで増加させることができるように、および／または、送液ポンプの送出速度を低下させるように圧力センサーからの信号に基づいて決定される。この制御により、脱ガス速度を最適化することができる。既に上述したように、脱ガス速度は、とりわけ、圧力室内で脱ガスされる液体の滞留時間に依存する。この滞留時間は、液体搬送領域の表面を増大させること（例えば、螺旋状またはらせん状のチューブ巻き）または脱ガスされる液体の流速によって影響され得る。また、液体搬送領域からガス搬送領域へのガスの拡散が、圧力室のガス搬送領域内の負圧の低下（または絶対圧の上昇）を引き起こすことも既に論じた。圧力室のガス搬送領域内の負圧が所定の閾値を下回らない（すなわち、絶対圧力が所定の閾値を上回らない）と圧力センサーが判断する限り、液体送出ポンプの送出量は、さらに増加させることができる。しかしながら、圧力室の気体搬送領域内の負圧が閾値を下回った（すなわち、絶対圧が上昇し、負圧が低下した）と圧力センサーが判断した場合、これは気体搬送領域への気体の拡散よりも多くの気体が拡散することを示す。 マイクロポンプは圧力室から排気することができる。したがって、制御装置はその送出量を減少させるように液体送出ポンプを制御する。供給速度が低下すると、液体は圧力室を通ってゆっくりと流れ、マイクロポンプは拡散したガスを圧力室から排出するのにより長い時間を有する。これにより、圧力室内の負圧を十分に高く維持することができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、装置が、気体搬送領域を冷却するようにおよび／または液体搬送領域を加熱するように構成された圧力チャンバ内に配置された温度調整装置を備えることを提供する。温度調節装置は、例えば、液体搬送領域を加熱する加熱器、またはガス搬送領域を冷却する冷却器とすることができる。両方の手段によって、脱ガス速度を上げることができる。
【００２５】
さらに、装置は、ストリッピングガスを圧力室のガス搬送領域に導入するために、ストリッピングガスを搬送する導管に接続されたガス搬送領域に流体的に結合された弁を含むことが可能である。ストリッピングガスは、液体のストリッピングを脱ガスすることを可能にするのに適したガスである。ストリッピングは、ヘンリーの法則を使用した脱着プロセスによって、除去する気体を脱ガスする液体から気相に変換する物理的分離方法である。このために、脱ガスすべき液体を向流原理に従ってストリッピングガスと接触させる。
【００２６】
さらに、圧力チャンバ内または圧力チャンバの前方に供給される液体の流れ方向に気泡検出手段を設けることができ、それらは供給される液体中の気泡を検出するように構成されている。装置は、気泡検出に応じてマイクロポンプをオンにするように構成された制御装置をさらに含む。気泡検出は、例えば、容量的または光学的に実行することができる。そのようにして、圧力チャンバ内の液体から気泡を正確に除去するために気泡が検出されたときにマイクロポンプを特にオンに切り替えることができる。マイクロポンプのスイッチが入れられているという事実により、気泡の拡散により圧力室内で負圧が強く減少し過ぎることを防止することができる。
【００２７】
さらに、非常に大きな気泡であっても、マイクロポンプは、負圧が過度に減少したり気泡が負圧室を通過したりすることなく、流体流または流体流から気泡を除去することができるように、制御部は、気泡の大きさも検出する気泡検出の手段によって、液体送出ポンプの送出量を適合または減少させることができる。気泡サイズ検出は、例えば、流体導管がいくつかのセグメント化された容量電極を備えているという点で容量的に実行することができる。
【００２８】
大きな気泡が脱ガス装置に入ると、負圧が大幅に減少するため、これを圧力センサーで検出することもできる。この場合、マイクロポンプが気泡を吸い出して再び負圧が確立されるまで、制御部は、液体送出ポンプの送出量を適応させるか、減少させるか、または一時的に停止させることもできる。その後、液体送出ポンプをその通常の送出量に再び設定することができる。
【００２９】
この制御部により、大きな気泡が脱ガスモジュールを通過するのを防ぐことができる。
【００３０】
さらに、圧力室の液体搬送領域が入口と出口を含むことが可能であり、それによって、装置は、液体搬送システムの液体搬送導管内に挿入され得る。そのような液体搬送システムは、例えば、以下のものであり得る。
・  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。
【００３１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図面は、以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の装置の一実施形態の概略断面図である。
【図２】図２は、液体搬送システムに挿入された本発明の装置の概略図である。
【図３】図３は、本発明の装置のさらなる実施形態の概略図である。
【図４】図４は、液体搬送システムに挿入された本発明の装置のさらなる実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の装置１００を示す。装置１００は、圧力室１０１と、圧力室１０１と流体連通するマイクロポンプ１０２とを備える。
【００３４】
圧力室１０１は、気体搬送領域１０３と液体搬送領域１０４とを有する。
【００３５】
マイクロポンプ１０２は、液体搬送領域１０４を介して流れる液体１０５の流体圧力よりも低い空気圧を気体搬送領域１０３内に発生させるように構成される。気体および／または気体混合物は、液体１０５に溶解され得る。
【００３６】
気体透過性で液体不透過性の分離要素１０６は、圧力室１０１内に配置されており、それは気体搬送領域１０３と液体搬送領域１０４とを少なくとも部分的に互いに分離している。
【００３７】
マイクロポンプ１０２は、圧力室１０１上に配置されている。
【００３８】
図１に示される本発明の装置１００の実施形態は、液体１０５中に溶解されたガスおよび／またはガス混合物および／またはガス混合物の一部をこの液体１０５から少なくとも部分的に除去するのに適している。このプロセスは、液体１０５の脱ガスとも呼ばれる。したがって、そのような装置１００は脱ガス装置とも呼ばれる。
【００３９】
本発明の装置１００は、その液体１０５が脱ガスされることになっている液体搬送システムに挿入することができる。 そのために、圧力室１０１は、液体入口１０７と液体出口１０８とを備えることができる。そして、脱ガスされる液体１０５は、入口１０７から出口１０８へと矢印で示す方向に流れる。
【００４０】
脱気する液体１０５が通過する圧力室１０１内の領域は、圧力室１０１の液体搬送領域１０４とも呼ばれる。
【００４１】
分離要素１０６は、圧力室１０１の液体搬送領域１０４を圧力室１０１の残りの内部から分離する。ここでは、分離要素１０６は、気体透過性および液体透過性の膜１０６として構成されている。図１に示す実施形態では、大きな表面を得るために膜１０６が折り畳まれている。膜が折り畳まれていないことも可能である。
【００４２】
ガス、特に周囲空気は、圧力室１０１の内部の上述の残りの領域にある。したがって、圧力室１０１のこの領域は、ガス搬送領域１０３とも呼ばれる。
【００４３】
圧力室１０１の外側には、マイクロポンプ１０２が配置されている。マイクロポンプ１０２は、圧力室１０１の内側に配置することもできる。マイクロポンプ１０２は、ガス入口１０９とガス出口１１０とを含む。ガス入口１０９は、圧力室１０１のガス搬送領域１０３に流体的に接続されている。ガス出口１１０は、圧力室１０１を囲む環境に流体的に接続されている。
【００４４】
マイクロポンプ１０２は、ガス導入口１０９を介してガス搬送領域１０３内のガスを吸引し、ガス排出口１１０を介して周囲に供給するように構成されている。圧力室の大部分は気密に構成されているので、圧力室１０１内には周囲の圧力と比較して負圧が形成される。
【００４５】
脱気すべき液体１０５は、ほぼ周囲圧力（または例えば、大気圧より約５％〜１０％高い流体圧力）で圧力チャンバ１０１内に導入される。周囲圧力（または流体圧力）ならびに周囲温度に応じて、一定量のガスまたは複数のガスが脱ガスされるべき液体に溶解される（１０５）。環境中では、液体１０５に溶解している気体または気体混合物は特定の分圧を有する。
【００４６】
ヘンリーの法則によれば、液体上の気体の分圧は液体中の気体の濃度に正比例する。これは、周囲圧力が高いほど気体の分圧が高いことを意味し、したがって所与の溶解性で気体の濃度、すなわちより多くの気体を液体によって吸収することができる。一方、ガスまたはガス混合物の分圧が低下すると、液体中のガスの揮発性が増加する（または液体中に溶解しているガスの濃度が低下する）。
【００４７】
この効果は本発明の装置１００によって使用される。マイクロポンプ１０２によってガス運搬領域１０３内のガスを排気することによって、ガス運搬領域１０３内には、除去されるべき脱ガスされるべき液体１０５中に溶解されたガス（又はガス成分）の分圧よりも低い圧力が生じる。圧力室１０１の気体搬送領域１０３では、液体１０５に溶解している気体の分圧に比べて負圧が発生する。
【００４８】
気体搬送領域１０３と液体搬送領域１０４との間に圧力勾配が生じ、これは、高圧の領域（液体搬送領域１０４）から低圧の領域（気体搬送領域１０３）に向けられる。
【００４９】
異なるガス圧力が互いに補償しようとするので、脱ガスされるべき液体１０５に溶解されたガスは圧力室１０１の気体搬送領域１０３に流入しようとする。
【００５０】
上述のように、分離要素１００はガス透過性である。したがって、脱ガスすべき液体１０５に溶解したガスは、この分離要素１０６を介して液体搬送領域１０４から気体搬送領域１０３内に拡散することができる。
【００５１】
分離要素１０６も液体不透過性であるので、脱気される液体１０５自体は、圧力室１０１の液体搬送領域１０４内に留まる。結果として、液体入口１０７を通って圧力室１０１に流れ込む液体１０５よりも、液体出口１０８を通って圧力室１０１から流れ出る液体１０５中に溶解されるガスが著しく少ない。
【００５２】
マイクロポンプ１０２は、気体搬送領域１０３内の大気圧に対して−３０ｋＰａから−５５ｋＰａの負圧を発生させるように構成されている。この負圧は、その中に溶解している脱気すべき液体１０５から周囲空気を引き出すのに特によく適している。
【００５３】
本発明の装置１００による液体の脱気の基礎となる物理的原理は、図２を参照してより詳細に概略的に説明される。
【００５４】
図２は、液体１０５を脱ガスするための本発明の装置１００が挿入されている液体搬送システム２００を示す。
【００５５】
本発明の装置１００は圧力室１０１を含む。圧力室１０１上には、マイクロポンプ１０２が配置されている。マイクロポンプ１０２は、圧力室１０１の気体搬送領域１０３に流体的に接続されている。
【００５６】
さらに、圧力室１０１は液体搬送領域１０４を含む。この場合、圧力室１０１は、液体搬送領域１０４を形成するチューブ（管）からなる。
【００５７】
加えて、チューブは、少なくとも部分的に、気体透過性かつ液体不透過性の資材を含む。好ましくは、チューブの壁は、チューブの壁が気体透過性かつ液体不透過性の分離要素１０６を形成するような材料で作られる。非濡れ性の気体透過性かつ液体不透過性の膜を管壁に組み込むことも可能である。
【００５８】
さらに、液体搬送システム２００は、リザーバ２０３から本発明の装置１００を通って容器２０４に脱気すべき液体１０５を送出する液体送出ポンプ２０２を含む。本発明の装置１００の前後の流れ方向において、酸素測定装置２０５ａ、２０５ｂはそれぞれ流体導管内に配置されている。
【００５９】
リザーバ２０３内には水１０５があり、その中に所定量のガス（例えば、２１％酸素を含む空気）が溶解しており、これは一般的な大気圧に特徴的である。液体送出ポンプ２０２は、水１０５が脱ガスされている真空室１０１を通ってリザーバ２０３から液体１０５を送り出す。
【００６０】
水中に溶解している窒素を測定するためのセンサーは利用できないので、水中に溶解している空気の量は、酸素濃度を測定することによって導き出される。２つのＯ2センサー２０５ａ、２０５ｂは水１０５の酸素含有量を測定し、そこから溶存空気の量が推定される。
【００６１】
脱気効果は、液体搬送領域１０４内の液体１０５（例えば、多孔質管）が負圧を受けるチャンバ１０１（簡単には真空室または圧力室と呼ばれる）を通って案内されるという事実に基づく。溶存ガスは他の物理的条件（負圧）に順応し、分離要素（例えば管壁）１０６を介してチャンバ１０１内に拡散する。
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。
【００６２】
有利には、液体送出ポンプ２０２は本発明の装置（脱気装置）１００の流れ方向後方に配置されている。液体送出ポンプ２０２が真空室１０１の前にある場合、本発明の装置（脱気装置）１００が最適に作動することができず、気泡が真空室１０１の背後に生じる可能性があるように、陽圧が液体サイクル中に発生する。
【００６３】
図３は、本発明の装置１００のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、圧力室１０１は液体入口１０７と液体出口１０８を含む。チューブ導管３０１が入口１０７と出口１０８との間に配置されている。管路３０１は、圧力室１０１内に液体搬送領域１０４を形成している。
【００６４】
チューブ３０１の壁は、少なくとも部分的にガス透過性および液体不透過性の資材を含むことができる。これは、例えば、多孔質管であり得る。このようにして、管壁は、少なくともこれらのガス透過性部分および液体不透過性部分において分離要素１０６を形成する。チューブ３０１が圧力室１０１内に延びるその全長に沿ってガス透過性および液体不透過性の特性を示す場合、チューブ３０１は圧力室１０１内に液体搬送領域１０４を形成し、同時に、管壁は管３０１の全長にわたって分離要素１０６を形成し、そして、これにより、脱気されるべき液体１０５に溶解されたガスは、圧力室１０１の気体搬送領域１０３内に拡散して液体１０５を脱気することができるチューブ３０１の全長にわたって広がる。
【００６５】
高い気体放出速度（脱気速度）を得るためには、圧力室１０１内にできるだけ多くの管３０１を配置することが有利である。したがって、図３に概略的に示されるように、チューブ３０１は、螺旋形または螺旋形に巻き取られる。
【００６６】
上述の実施形態と比較して、図３に示す実施形態は、追加の圧力センサー３０２をさらに含む。圧力センサー３０２は、圧力室１０１に流体的に結合されていて、すなわち、圧力室１０１内の気圧を測定するために、圧力センサーシステム３０２と圧力室１０１との間のガス交換が可能である。より具体的には、圧力センサー３０２は圧力室１０１の気体搬送部１０３に流体的に結合されている。
【００６７】
装置１０１は、制御部３０３をさらに含む。制御部３０３は、それぞれの信号線３０４ａ、３０４ｂを介して圧力センサー３０２およびマイクロポンプ１０２に接続されている。制御部３０３は、圧力チャンバ１０１の気体搬送領域１０３内の圧力が閾値を超えて上昇したときにマイクロポンプ１０２がオンになるように、圧力センサー３０２の信号に応じてマイクロポンプ１０２を制御するように構成される。
【００６８】
例えば、（大気圧に対して）−３０ｋＰａから−５５ｋＰａの圧力室１０１内に広がる負圧の間の気体放出速度（脱ガス速度）は非常に良好である。したがって、制御部３０３は、例えば、より大きい値、すなわち、−３０ｋＰａを閾値として記憶することができる。
【００６９】
動作中に圧力センサー３０２によって制御部３０３が圧力室１０１内の負の圧力降下が大きくなり過ぎたことを検出すると、すなわち、圧力室１０１内の圧力が−３０ｋＰａ以上の閾値を超えて上昇し、制御部３０３は、マイクロポンプ１０２が再びポンピングを開始し、気体搬送領域１０３から再びガスを排出するようにマイクロポンプ１０２を制御するものとなり、これにより、圧力室１０１内の負圧が上昇する、すなわち圧力室１０１内の圧力が再び閾値を下回る値、すなわち−３０ｋＰａ未満に下がる。
【００７０】
したがって、マイクロポンプ１０２は、例えばエネルギーを節約するために、クロック方式で動作させることができ、または必要に応じて制御することができる。
【００７１】
さらなる実施形態を図４に示す。この実施形態は、図２を参照して上述した実施形態と同様である。さらに、任意選択の制御部３０３および任意選択の圧力センサー３０２が設けられている。
【００７２】
ここでは、装置１００は液体搬送システム２００に介装されている。脱気されるべき液体１０５は、液体送出ポンプ２０２によって装置１００を通って送出される。液体送出ポンプ２０２自体はマイクロポンプとして構成することができる。
【００７３】
しかしながら、圧力室１０１の気体運搬領域１０３に流体的に接続されたマイクロポンプ１０２が脱気すべき液体１０５を供給することも可能である。その場合、マイクロポンプ１０２は、図示のガスダクト、すなわちガス入口１０９およびガス出口１１０とは別に、追加の（図示せず）液体ダクト、すなわち液体搬送導管４０１内に直列に挿入される液体入口および液体出口を含む。このようにして、マイクロポンプ１０２は、液体運搬領域１０４を通して脱気すべき液体１０５を送達することができる。
【００７４】
どのポンプが液体１０５を送出するか、すなわちマイクロポンプ１０２または別個の送出ポンプ２０２のいずれかに応じて、それぞれの液体送出ポンプ１０２、２０２は制御部３０３に接続されている。さらに、圧力センサー３０２は制御部３０３に接続されている。
【００７５】
制御部３０３は、圧力センサー３０２の信号に応じて液体送出ポンプ１０２、２０２を制御するように構成されている。その結果、液体送出ポンプ１０２、２０２の供給速度は、非常に多くのガスが液体１０５からガス抜きされて気体搬送領域１０３内の圧力が閾値に達するまで増加する。
【００７６】
代替的に又は追加的に、制御部３０３は、気体搬送領域１０３内の閾値を超える圧力で、液体供給ポンプ１０２、２０２の供給速度が下がるように、圧力センサー３０２の信号に応じて液体送出ポンプ１０２、２０２を制御するように構成され、液体１０５の気体放出速度を低下させるために、液体送出ポンプ１０２、２０２の供給速度を下げる。
【００７７】
既に上述したように、液体１０５を脱ガスすることは、液体搬送領域１０４から気体搬送領域１０３内に拡散するガスが気体搬送領域１０３内の圧力の増加をもたらす、すなわち負圧が減少するという効果を有する。
【００７８】
圧力センサー３０２は、圧力室１０１の気体搬送領域１０３内の負圧が所定の閾値、例えば、−３０ｋＰａを下回っていない（すなわち、絶対圧が所定の閾値を超えない）と判断する限り、液体送出ポンプ１０２、２０２の吐出量をさらに増加させることができる。
【００７９】
しかしながら、圧力センサー３０２は、圧力室１０１の気体搬送領域１０３内の負圧が、閾値、例えば−３０ｋＰａを下回ったと判断した（すなわち、絶対圧が上昇し、負圧が低下する）場合、これは、マイクロポンプ１０２が圧力室１０１の外に排出することができるので、より多くのガスが気体搬送領域１０３に拡散することを示している。したがって、制御部３０３は、液体送出ポンプ１０２、２０２がその送出量を減らすように液体送出ポンプ１０２、２０２を制御する。供給速度を遅くすると、液体１０５は圧力室１０１を通ってゆっくりと流れ、マイクロポンプ１０２は、拡散したガスを圧力室１０１から排出するより長い時間を要する。これにより、圧力室１０１内の負圧を十分に高く維持することができる。
【００８０】
気体放出速度をさらに増加させるために、装置１００は、温度調節装置４０２を備えることができる。温度調節装置４０２は、冷却要素４０３によって圧力室１０１のガス搬送領域１０３内の温度を下げるように、および/または、加熱要素４０４を用いて液体搬送領域１０４内の脱気すべき液体１０５の温度を上昇させるように、構成されている。
【００８１】
一般に、本発明の装置１００の効率はいくつかのパラメータによって影響を受ける可能性がある。これらは、例えば、温度および圧力、液体中および多孔質媒体（気体透過性および液体不透過性材料を有する管３０１など）を通るガスの拡散時間に応じた最大量の溶存ガスである。本発明の装置１００の技術的パラメータおよび特定の対象用途の仕様と共に、液体搬送領域（例えば管）１０４および圧力室１０１の寸法に対する要求が生じる。
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。
【００８２】
これにより、チューブ３０１および圧力室１０１に関して以下の要件が生じる。
・チューブ内径０．６１ｍｍ。
・チューブの長さは、以下の表１を参照。
［表１］
2019532212.tif 000003
【００８３】
真空室１０１内の保持時間は、これらの管の長さのそれぞれについて約４８秒であり、これは、可能な最大の脱気（５５％）で多くの用途に適した時間であり得る。より高い供給速度では、気体放出速度は減少する。
【００８４】
さらなる境界条件は、真空室１０１内の圧力が高い脱ガス速度でまたは気泡が吸い出されるときにあまり強く増加しないように真空室１０１が十分に大きく設計されていることである。多孔質管３０１は（螺旋状または螺旋状）螺旋状に巻くことができるので、曲がらないようにするために、真空室１０１は、例えば円筒形に成形することができる。チューブの長さに応じて、複数の管容積である室容積が自動的に生じる。
【００８５】
以下では、本発明を他の言葉で要約する。
【００８６】
本発明は、気泡を液体１０５から引き出すことができ、また溶解した気体を部分的に引き出すことができ、それによって気泡が装置１００の出口１０８に到達せず、また気体で飽和した液体が出口１０１に到達しないようにし、そのようにしてガスが発生することのない装置１００を説明する。
【００８７】
それによって、真空ポンプまたは真空ポートを必要とせずに気泡が不利であるシステムを実現することができる。
【００８８】
この装置１００は非常に小さい方法で実現することができ、それによって気泡のない液体を例えば携帯用の用途、携帯型分析システム、システムと重ね合わせる、センサーシステム、ハンドヘルド機器など、にも提供することができる。
【００８９】
適用の技術分野は、例えば以下の通りであり得る。
・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。
【００９０】
能動素子として、本発明の装置１００は、実施形態に応じて５ｍＷから数百ｍＷの間の低電力要件を有するマイクロポンプ１０２を含み、それによってバッテリを用いて携帯システムのガス抜きを長期間にわたって可能にする。
【００９１】
本発明は、活性脱気装置に必要な負圧を形成するマイクロポンプ１０２を脱気装置構成要素に一体化する。
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。
【００９２】
気体放出速度は蓄積した負圧に依存する。マイクロ流体システムの分野において、出願人のマイクロポンプ１０２は、そのような負圧を形成するために十分に高い圧縮比を有する唯一の既知のマイクロポンプである。
【００９３】
実際には、液体１０５を完全に脱気する必要はないことが多い。共通の温度および圧力変動での動作中に気泡が発生しない程度に液体１０５を脱気することのみを確実にするべきである。
【００９４】
例えば、図１において、気体透過性かつ液体不透過性（例えば、非湿潤性）の膜１０６が、マイクロポンプ１０２がそのシェル内に一体化されている負圧室１０１内に配置されていることが分かる。それにより、必要な負圧が脱気装置構成要素内に直接発生する。真空ポートは省略することができる。
【００９５】
脱ガス装置１００は、適切な位置で流体システム２００に挿入されている（図２も参照）。システム２００の送達は、非濡れ性膜（またはチューブ）１０６を有する流体ダクト１０４への入口１０７を通って脱気されるべき液体１０５を駆動する。マイクロポンプ１０２は、負圧室１０１内に負圧を生じさせる。周囲のチャンバ１０１に対する流体ダクト１０４内の圧力差によって、ガスは、非湿潤膜１０６を通ってチャンバ１０１内に吸い込まれる。これにより、ポンプ１０１によって再び補償されるチャンバ１０１内の負圧が減少する。
【００９６】
オプションの圧力センサー３０２（図３および図４を参照）は通常の動作には不要である。省エネ運転のために、圧力センサー３０２はマイクロポンプ１０２を調整するために使用され得る。マイクロポンプ１０２は、圧力が閾値を超えて上昇した（または負圧が閾値を下回った）ときにのみスイッチオンされる。
【００９７】
物理的には、拡散プロセスがこの脱ガス装置１００の背後にあり、これは負圧室１０１と室１０１の外側の周囲圧力との間の圧力差によって駆動される。液体１０５に溶解する気体の量は、周囲圧力と分圧の組成に依存する。負圧室１００内では、この差が拡散によって補償されるように、より低い圧力が液体１０５および溶存ガスに作用する。このように、圧力差は、液体１０５の最大達成可能な脱ガス並びに単位時間当たりの脱ガス速度の両方を制限する。
【００９８】
同時に、非濡れ性膜１０６を有する液体搬送領域１０４の形状および透過性が拡散に影響を与える。これらの影響から、単位時間当たりの気体放出速度が生じ、その結果、用途に応じて流速および流路長を調整しなければならない。
【００９９】
マイクロポンプ１０２を構成するとき、気体１０５で飽和した液体を脱気するかどうか、またはより大きな気泡も吸引する必要があるかどうかを考慮しなければならない。負圧室１０１を設計する場合、そのサイズまたは容積は、室１０１の緩衝効果において主要な役割を果たす。気体放出速度がマイクロポンプ１０２の送出速度を超えると、負圧室１００内の圧力が上昇し、その結果気体放出速度が低下する。圧力上昇は、負圧室１０１の大きさに依存する。これらの要素は、すべてのコンポーネントの相互作用において考慮されなければならない。
【０１００】
以下では、いくつかの可能な実施形態をキーワードで概説する。
・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。
【０１０１】
本発明の装置１００の１つの特徴は、マイクロポンプ１０２が圧力室１０１上に配置されていることである。基本的に、マイクロポンプ（例えば、シリコンマイクロポンプチップ）  １０２は、いくつかの方法で本発明の装置（脱ガス装置）１００に一体化することができる。
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）
【０１０２】
締付けに関して述べられた気密性および漏れ速度に関する議論は、接合にも当てはまる。
【０１０３】
利点：固着はクランピングよりも大部分はきつく、さらに安価で、クランプの蓋は必要ない。
【０１０４】
製品に関して、残留漏れ速度の小さいフラップ弁を有するマイクロポンプ１０２を接着することは有利な解決策であり、ここで、現在のフラウンホーファーのマイクロポンプのフラップ弁は、約−５０ｋＰａの負圧を有する脱ガス装置および電池動作に対して既に十分に良好である。
【０１０５】
本発明の装置１００では、脱ガス装置が提供される。脱ガス装置１００は、液体１０５から溶解ガスを引き出す効果を有する。これまで、真空ポートまたは大型真空ポンプが必要とされてきた。本発明の装置１００では、必要とされる負圧は一体型マイクロポンプ１０２によって蓄積される。これにより、移動性が向上し、電源端子への必要な供給が減少する。
【０１０６】
本発明の装置１００は、その中にマイクロポンプ１０２、任意選択の圧力センサー３０２、流体１０４、および電気ポートを一体化することができる、ガス抜きするための真空室１０１を備える。真空室１０１の内部には、多孔質の通気管３０１を挿入することができる。本発明の装置１００によって、大気圧に対して５５ｋＰａの負圧（約半分の標準空気圧）を生じさせることができ、それによって水をほぼ５０％脱ガスすることができる。これは、この負圧での理論的に可能な脱気の約８５％に相当します。
【０１０７】
本開示では、以下の用語が使用される。
圧力（の）単位
１気圧＝１０００ｍｂａｒ＝１０００ｈＰａ＝１００ｋＰａ
【０１０８】
脱ガス
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。
【０１０９】
溶解性
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。
【０１１０】
分圧
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。
【０１１１】
また、本発明は以下の実施形態で実現することができる。
【０１１２】
第１の実施形態は、圧力室（１０１）と、圧力室（１０１）と流体連通するマイクロポンプ（１０２）とを有する装置（１００）であり、当該圧力室（１０１）は気体搬送領域（１０３）と液体搬送領域（１０４）とを含み、当該マイクロポンプ（１０２）は、液体搬送領域（１０４）を介して流れる液体（１０５）の流体圧力より低い気体搬送領域（１０３）内の空気圧を発生させるように構成され、気体透過性で液体不透過性の分離要素（１０６）は、少なくとも部分的に気体運搬領域（１０３）と液体運搬領域（１０４）とを分離し、当該マイクロポンプ（１０２）は、圧力室（１０１）上に配置されている。
【０１１３】
第１の実施形態を参照した第２の実施形態によれば、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圧力室（１０１）に取り付けることができる。
【０１１４】
第１または第２の実施形態を参照した第３の実施形態によれば、マイクロポンプ（１０２）は、接合手段によって、特に接着剤または半田によって圧力室（１０１）に取り付けることができる。
【０１１５】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第４の実施形態によれば、マイクロポンプ（１０２）は、圧力室（１０１）の気体搬送領域（１０３）内に、大気圧に対して−３０ｋＰａから５５ｋＰａまでの負圧を発生させるように構成することができる。
【０１１６】
上述の実施形態のうちの１つを参照した第５の実施形態によれば、分離要素（１０６）は、気体搬送領域（１０３）と液体搬送領域（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得る。
【０１１７】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第６の実施形態によれば、液体搬送領域（１０４）は、圧力室（１０１）内を延びる管路（３０１）とすることができる。
【０１１８】
第６の実施形態を参照した第７の実施形態によれば、チューブ導管（３０１）は、少なくとも部分的に、気体透過性かつ液体不透過性の分離要素（１０６）を形成する材料を含むことができる。
【０１１９】
記実施形態のうちの１つを参照した、第８の実施形態によれば、装置（１００）は、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、圧力センサー（３０２）に接続された制御部（３０３）とをさらに含むことができ、当該制御部（３０３）は、マイクロポンプ（１０２）が、圧力室（１０１）のガス搬送領域（１０３）内の圧力が閾値を超えて上昇するとオンになるように、圧力センサ（３０３）の信号に応じてマイクロポンプ（１０２）を制御するように構成される。
【０１２０】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第９の実施形態によれば、装置（１００）は、液体送達ポンプ（１０２、２０２）を含むことができ、それによって、液体搬送領域（１０４）を通して液体（１０５）を送達することができ、またはマイクロポンプ（１０２）は、液体搬送領域（１０４）を通して液体（１０５）を送達するように構成される。
【０１２１】
第９実施形態を参照した第１０実施形態によれば、装置（１００）は、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、圧力センサー（３０２）および液体送出ポンプ（１０２、２０２）に接続された制御部（３０３）とを備えることができ、制御部（３０３）は、気体搬送領域（１０３）内の圧力が閾値に達するまで、液体送出ポンプ（１０２、２０２）の供給速度が増加されるように、および／または、液体搬送ポンプ（１０２、２０２）の搬送速度が気体搬送領域（１０３）内の閾値を超える圧力で低下するように、圧力センサー（３０２）の信号に応じて液体送出ポンプ（１０２、２０２）を制御するように構成される。
【０１２２】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第１１の実施形態によれば、装置（１００）は、気体搬送領域（１０３）を冷却するように、および／または、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）を含むことができる。
【０１２３】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第１２の実施形態によれば、装置（１００）は、圧力室（１０１）の気体搬送領域（１０３）にストリップガスを導入するために、ストリップガス搬送導管に接続されている気体搬送領域（１０３）に流体的に結合された弁を備えることができる。
【０１２４】
上記実施形態のうちの１つを参照した第１３の実施形態によれば、気泡検出手段は、圧力室（１０１）内または圧力室（１０１）の前方の液体（１０５）の流れ方向に設けることができ、圧力室（１０１）は、液体（１０５）内の気泡を検出するように構成され、そして、当該装置（１００）は、検出された気泡に応じてマイクロポンプ（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。
【０１２５】
上記の実施形態のうちの１つを参照した第１４の実施形態によれば、圧力室（１０１）の液体搬送領域（１０４）は入口（１０７）を含むことができ、これにより、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。
【０１２６】
さらなる実施形態は、上記の実施形態のうちの１つによる装置（１００）を有する液体搬送システム（２００）を提供する。
【図１】
2019532212.tif 000004
【図２】
2019532212.tif 000005
【図３】
2019532212.tif 000006
【図４】
2019532212.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月29日(2018.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室（１０１）および前記圧力室（１０１）と流体連通するマイクロポンプ（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、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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、
前記装置（１００）は、液体（１０５）を、前記液体搬送領域（１０４）を介して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）を供給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）に接続された制御部（３０３）とを含み、前記制御部（３０３）は、前記液体送液ポンプ（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増加するように、および／または、前記送液ポンプ（１０２、２０２）の送液速度が、前記気体搬送領域（１０３）内において閾値を超えた圧力では低下するように、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、装置（１００）。
【請求項２】
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）。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記マイクロポンプ（１０２）は、５０（μｌ）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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
前記マイクロポンプ（１０２）は、接合手段によって、特に、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。
【請求項７】
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）。
【請求項８】
前記装置（１００）は、前記気体運搬領域（１０３）を冷却する、および／または、前記液体運搬領域（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。
【請求項９】
前記装置（１００）は、ストリップガスを前記圧力室（１０１）の前記ガス運搬領域（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ガス運搬領域（１０３）に流体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。
【請求項１０】
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のうちの１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
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）を前記液体搬送システム（２００）の前記液体搬送導管（４０１）に挿入することができる、入口（１０７）および出口（１０８）を含む、請求項１〜請求項１０のうちの１項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のうちの１項に記載の装置（１００）を含む、液体搬送システム（２００）。
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月12日(2019.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室（１０１）および前記圧力室（１０１）と流体連通するマイクロポンプ（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、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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、前記気体運搬領域（１０３）と前記液体運搬領域（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ることを特徴とする、装置（１００）。
【請求項２】
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）。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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）。
【請求項６】
前記マイクロポンプ（１０２）は、接合手段によって、特に、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）。
【請求項７】
前記装置（１００）は、液体（１０５）を、前記液体搬送領域（１０４）を介して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）を供給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）。
【請求項８】
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）に接続された制御部（３０３）とを含み、前記制御部（３０３）は、前記液体送液ポンプ（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増加するように、および／または、前記送液ポンプ（１０２、２０２）の送液速度が、前記気体搬送領域（１０３）内において閾値を超えた圧力では低下するように、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、請求項７に記載の装置（１００）。
【請求項９】
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８のうちの１項に記載の装置（１００）。
【請求項１０】
前記装置（１００）は、前記気体運搬領域（１０３）を冷却する、および／または、前記液体運搬領域（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９のうちの１項に記載の装置（１００）。
【請求項１１】
前記装置（１００）は、ストリップガスを前記圧力室（１０１）の前記ガス運搬領域（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ガス運搬領域（１０３）に流体結合された弁を含む、請求項１〜請求項１０のうちの１項に記載の装置（１００）。
【請求項１２】
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１１の１項に記載の装置（１００）。
【請求項１３】
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）を前記液体搬送システム（２００）の前記液体搬送導管（４０１）に挿入することができる入口（１０７）および出口（１０８）を含む、請求項１〜請求項１２の１項に記載の装置（１００）。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の１項に記載の装置（１００）を含む、液体搬送システム（２００）。
【国際調査報告】
2019532212.tif 000008
2019532212.tif 000009
2019532212.tif 000010
2019532212.tif 000011