(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に配置された半透膜を有するモジュールであって、前記半透膜が前記チャンバを透過側と未透過側とに分離する、モジュールを備える液体脱ガス装置であって、
前記透過側が、第１ポートを含み、
前記未透過側が、
入口ポートに流体的に接続され、そこを通る液体流に第１摩擦流量規制を課すように構成された入口液体マニホールドと、
出口ポートに流体的に接続され、そこを通る前記液体流に第２摩擦流量規制を課すように構成された出口液体マニホールドと、
前記入口液体マニホールドと前記出口液体マニホールドとの間に延在し、前記入口液体マニホールドと前記出口液体マニホールドとを流体的に接続する複数のチャネルを含むチャネルアレイであって、前記複数のチャネルが各仕切り板によって互いから分離され、前記複数のチャネルのそれぞれがそこを通る前記液体流にチャネル摩擦流量規制を課すように構成され、前記第１及び第２摩擦流量規制の合計が前記チャネル摩擦流量規制の合計の５０％以下である、チャネルアレイと
を含む、液体脱ガス装置。
【請求項２】
各チャネル摩擦流量規制は実質的に等しい、請求項１に記載の液体脱ガス装置。
【請求項３】
前記膜とチャンバ壁との間の前記透過側の前記チャンバ内に配置されたディフューザを含む、請求項２に記載の液体脱ガス装置。
【請求項４】
前記ディフューザは、前記膜を前記仕切り壁の支持面に接触させる、請求項３に記載の液体脱ガス装置。
【請求項５】
前記支持面は、実質的に平面であって、各支持面が支持平面と同延である、請求項４に記載の液体脱ガス装置。
【請求項６】
前記ディフューザは多孔質であって、そこを通るガス流にディフューザ摩擦流量規制を提供し、前記ディフューザ摩擦流量規制が１ｍｍＨｇ未満である、請求項３に記載の液体脱ガス装置。
【請求項７】
前記ディフューザは高分子織布構造を有する、請求項６に記載の液体脱ガス装置。
【請求項８】
前記液体不透過膜は、無孔質であるがガス透過性である、請求項１に記載の液体脱ガス装置。
【請求項９】
前記モジュールの前記透過側を排気するための前記第１ポートに流体的に接続されたポンプを備える、請求項１に記載の液体脱ガス装置。
【請求項１０】
第２プレートに接続された第１プレートであって、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に脱ガスチャンバが画定される、第１プレートと、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に固定されて、前記チャンバを透過側と未透過側に分離する半透膜とを有するモジュールを備える脱ガス装置であって、
前記第１プレートは、第１マニホールドと、第２マニホールドと、前記第１マニホールドを前記第２マニホールドに流体的に接続する複数の第１チャネルを有する第１チャネルアレイとによって画定された流体流路を含み、前記流体流路は、前記チャンバの前記未透過側を介して前記膜に接触して流体流を搬送するように構成され、
前記第１マニホールドは、前記流体流に第１摩擦流量規制を課すように構成され、前記第２マニホールドは、前記流体流に第２摩擦流量規制を課すように構成され、前記チャネルアレイの前記チャネルのそれぞれは、前記流体流に実質的に等しいチャネル摩擦流量規制を課すように構成され、
前記第１及び第２摩擦流量規制の合計は、前記膜と接触しつつ前記チャネルアレイに沿った実質的に一様な流体流を可能にするのに適しており、
前記チャンバの前記透過側は、第１ポートを介して排気できる、脱ガス装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２摩擦流量規制の前記合計が、前記チャネル摩擦流量規制の合計の１０％以下である、請求項１０に記載の脱ガス装置。
【請求項１２】
前記第１ポートは、前記第２プレート内に配置されている、請求項１１に記載の脱ガス装置。
【請求項１３】
前記第１マニホールドに流体的に結合された前記第１プレートの流体入口ポートと、前記第２マニホールドに流体的に結合された前記第１プレートの流体出口ポートとを含む、請求項１１に記載の脱ガス装置。
【請求項１４】
前記流体流は、前記流体入口ポートから前記第１マニホールドに前記流体流路に沿って搬送され、前記流体流は、前記チャネルアレイの前記チャネルに実質的に等しく分配されて、前記第２マニホールドで回収されるように流れる、請求項１３に記載の脱ガス装置。
【請求項１５】
前記流体流は、前記第２マニホールドから前記流体出口ポートに搬送される、請求項１４に記載の脱ガス装置。
【請求項１６】
前記チャネルは、各仕切り壁によって互いから分離されている、請求項１１に記載の脱ガス装置。
【請求項１７】
前記仕切り壁は、互いに実質的に平行である、請求項１６に記載の脱ガス装置。
【請求項１８】
前記チャネルは、前記第１及び第２マニホールドに対して実質的に垂直である、請求項１７に記載の脱ガス装置。
【請求項１９】
前記第１及び第２マニホールドは、前記第１プレートに溝を備え、前記第１マニホールドは、前記第１チャネルの各第１端部と流体連通して延在している第１溝を備え、前記第２マニホールドは、前記第１チャネルの各第２端部と流体連通して延在している第２溝を備える、請求項１８に記載の脱ガス装置。
【請求項２０】
前記仕切り壁は、前記第１プレートと一体的に形成されている、請求項１６に記載の脱ガス装置。
【請求項２１】
前記第１チャネルのそれぞれは、前記第１チャネルの幅と深さによって定められる水力直径を有する、請求項１９に記載の脱ガス装置。
【請求項２２】
前記第１チャネルのそれぞれは、等しい水力直径を有する、請求項２１に記載の脱ガス装置。
【請求項２３】
前記第１チャネルのそれぞれは、等しいチャネル深さを有する、請求項２２に記載の脱ガス装置。
【請求項２４】
前記第１及び第２溝は、前記チャネル深さより大きい溝深さを有する、請求項２３に記載の脱ガス装置。
【請求項２５】
前記膜と前記第２プレートとの間において前記チャンバの前記透過側に配置された多孔質ディフューザであって、前記膜を前記仕切り壁の支持面に接触させるように構成された多孔質ディフューザを含む、請求項１６に記載の脱ガス装置。
【請求項２６】
前記半透膜は、無孔質であって、液体不透過性であって、ガス透過性である、請求項１０に記載の脱ガス装置。
【請求項２７】
前記流体流路に沿って第３マニホールドを第４マニホールドに流体的に接続する複数の第２チャネルを有する第２チャネルアレイであって、前記第３マニホールドは、前記第２マニホールドから前記流体流を受け取るように配置されている、第２チャネルアレイを含む、請求項１０に記載の脱ガス装置。
【請求項２８】
前記チャネルアレイは、第１プレートの第１面に配置され、前記第２チャネルアレイは、前記第１プレートの第２面に配置されている、請求項２７に記載の脱ガス装置。
【請求項２９】
前記第１プレートの前記第２面と前記第２プレートとの間に固定された第２半透膜を含む、請求項２８に記載の脱ガス装置。
【請求項３０】
前記第１マニホールドに流体的に結合された前記第１プレートの流体入口ポートと、前記第４マニホールドに流体的に結合された前記第１プレートの流体出口ポートとを含む、請求項２９に記載の脱ガス装置。
【請求項３１】
流体内の対象ガス濃度を低下させる方法であって、
（ａ）請求項１０に記載のモジュールを提供するステップと、
（ｂ）前記半透膜と接触して、前記流体流路に沿って前記流体を動かすステップと、
（ｃ）前記チャンバの前記透過側における対象ガスの分圧を、前記流体における対象ガスの分圧より低いレベルまで低下させるステップと
を含む、方法。
【請求項３２】
ポンプによって、前記第１ポートを介して前記チャンバの前記透過側を排気するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して流体脱ガス装置の一般形態に関し、特に、クロマトグラフィー用途における移動相溶媒や溶液の脱ガスに有用な装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体溶媒、溶解固形物を含む水溶液などの流体を用いる用途の多くは、流体の送達を高精度にかつ計量して行う必要がある。水溶液や溶媒は、通常、空気と接触して大気圧で保管されているため、溶解空気で飽和した状態である。分配装置の場合、流体がその装置を通過する際に温度や圧力などの条件が変化し、溶解空気によって接続線、注射器、ポンプ及び検出手段内に気泡が形成される場合がある。臨床分析機器にも含まれるようなシステムの多くでは、気泡モニターによって、分注された流体を監視して、臨界領域へと進入していく気泡を検出する。そして、ソフトウェアプログラムを起動して流体を廃棄位置へとそらし、その後、システムをパージして、流体の分注を再開する。この流体が化学反応に用いられる試薬である場合、この試薬の分注を繰り返し行うことは時間も費用もかかる作業である。
【０００３】
分析化学、特に、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）においては、移動相から溶解空気を軽減することは、システム流量を安定させ、ひいてはＨＰＬＣシステムによって分離された化合物を適切に特定するためには極めて重要であることが昔から知られている。また、ＨＰＬＣにとって重要なことは、ＨＰＬＣポンプの入り口に導入される前に複数の電磁弁で混合された移動相溶媒の脱ガスを行うことである。このタイプのＨＰＬＣポンプ設計は、「低圧混合」と呼ばれ、ＨＰＬＣシステムコントローラが、ＨＰＬＣポンプの吸気行程中に各溶媒に対応する電磁弁を開閉することにより、ＨＰＬＣシステムによってクロマトグラムを作製するのに必要な溶媒混合物が得られる。このような低圧混合システムは、釣り合いの取れた溶媒を直接混合する際に形成される気泡によって、正確な溶媒の組成が得られなくなることがあるので、脱ガスされた溶媒を使用することでのみ可能である。溶解酸素及び窒素（空気）のさまざまな濃度における水とアルコール混合物の容量変化の効果についての調査が、非特許文献１に記載されている。発明者らは、この現象についてのモル基準をモル濃度からパーセントに変換することによって、長年にわたって用いられてきた、脱ガスの軽減に必要な液体中の空気成分の除去効率を判定する関係を明らかにしている。一般的に、脱ガスや混合物中の気泡形成を引き起こすいずれか一つの溶媒による空気量なしでも脱ガスされた溶媒が混合されるよう、各溶媒に溶解している空気の６２％以上を排除することが望ましい。
【０００４】
ＨＰＬＣポンプの吸気行程中に形成される気泡は、移動相の脱ガスを適切に行うことによって制限又は防止される。一般的なＨＰＬＣポンプは、入口に逆止弁を有し、吸気行程中のキャビテーションによって、ガス飽和溶媒が気泡を形成するところまでポンプ内の局所圧が低下する。このように気泡が形成されると、ポンプピストンがポンプチャンバに収容された流体を圧縮する際、逆止弁が適切な密閉を行えなくなることがある。逆止弁によって適切に密閉が行えないと、ポンプ動作を完全に停止させてしまうこともあり、クロマトグラフが行えなくなる。このように気泡によってポンプシステムの性能が少しでも低下することは、非常に望ましくないことであり、ポンプシステム内にキャビテーションが生じないように溶媒の脱ガスを十分に行うことで、そのような事態を回避しなければならない。このため、配分弁機構、脱ガスチャンバ、接続管類では、低い流量規制が望ましい。
【０００５】
高圧混合ＨＰＬＣの場合、通常、ポンプ流量が異なる２つ以上の高圧ポンプを使って、注入システムとＨＰＬＣカラムの上流にあるティー接合部において、所定の溶媒の混合物を形成する。このような溶媒の混合は、ポンプの出口で行われるので、混合地点やＨＰＬＣ分離カラムで気泡が形成されないようにするのに十分な高さのシステム圧力となる。各ポンプの先のＨＰＬＣシステムに供給される溶媒の脱ガスを行うことにより、ポンプの吸気行程中にキャビテーションが生成されないようにし、ＨＰＬＣカラムの出口の下流で動作する検出器において脱ガスが行われないようにする。
【０００６】
高圧と低圧両方の混合タイプのＨＰＬＣシステムにおいてキャビテーションが生成されるのを防ぐのに加えて、移動相脱ガスによって、検出器での不要な効果も防止し得る。質量分析検出では、溶媒がネブライザーへとスムーズかつ連続的に流れて行く必要があり、この溶媒の流れは、溶媒の脱ガスが不十分であった場合にカラムに存在する気泡によって阻害されてしまうことがある。また、ＨＰＬＣカラムから流出する蛍光化合物の検出は、移動相の酸素の存在によって妨げられてしまうこともある。アルコール、テトラヒドロフランなどの溶媒のバックグラウンド吸光度は、被分析物を正確に評価することの妨げとなる場合があり、そのようなバックグラウンド吸光度は、移動相の酸素濃度を一定値まで下げることで軽減し得る。システムに存在する酸素量が検出に影響を与えるような分析では、溶解酸素濃度を一定値に制御することが有利である。
【０００７】
流体を脱ガスチャンバに送る管状ガス／液体分離膜構造を利用した液体脱ガスに関しては、例えば、本出願人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれた特許文献１〜７に記載されている。
【０００８】
半透膜を用いた従来の液体脱ガスシステムが利用可能ではあるが、特に液体クロマトグラフィーに関連する装置については、脱ガスシステムの要素が組み合わさって、低い流量制限、高い効率性、小さいサイズ、低コスト、並びにＨＰＬＣ機器内に設置される際の設置面積の削減を可能とする流体脱ガス性能を提供する必要性が依然として残ったままである。従来技術の欠点は、本発明によれば、ガス透過膜にわたってほぼ一様に流体を分布させる流体流れ分布構成を採用することにより克服されている。流量制限はできるだけ低い方が望ましいので、流体流路に沿った要素間の関係性は、膜の全面にわたる流体分布が、いかなる設計流量においてもほぼ一様となるよう構成される。
【０００９】
高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）や液体クロマトグラフィー（ＬＣ）で一般的に用いられるような気液接触器は、不活性ガス透過膜の第１面が、溶媒又は溶媒の混合物からなるＨＰＬＣ移動相（移動相）と接触し、その第２面が、減圧状態（真空）となり得るガスと接触するよう構成されている。この膜の機能としては、膜自体がフィックの拡散の法則に従って動作を行う、ヘンリーの法則及びドルトンの法則に従った方法で、移動相中に溶解している大気ガスを膜の透過側へと拡散させることである。ＨＰＬＣ移動相脱ガスの分野で特に関心が高いのは、移動相中に溶解し得る酸素、窒素、二酸化炭素などの大気中の固定ガスを、移動相の所望の液体成分が膜を通過する移動を制限しつつ、選択的に膜に通す際における膜の役割である。このような移動の制限は、一般的には、膜の選択性と呼ばれる。従って、移動相の液体成分を排除して、このような固定ガスの通過を可能にする膜材料を選択することが望ましい。
【００１０】
ＨＰＬＣ用途における流体脱ガスは、最も一般的には、減圧（真空）環境においてその管腔を介して移動相の搬送を行う管状膜及び管状膜の束を用いて行われてきた。これにより、搬送された流体内のガス種が管状膜の管腔壁を通るよう促される。しかしながら、このような管状膜は、その壁厚が制限されており、それにより脱ガス性能も制限されることになる。また、管状膜及び管状膜の束はその埋め込みが難しい場合がある。高流量の形態では、その薄さと使い勝手の良さから、フラットシート状の膜が好適となり得る。
【００１１】
フラットシート状膜を採用した脱ガス装置が提案されているが、本出願人によれば、従来の構成では、フラットシート状膜が持つ性能を最大限生かすことができないことが分かっている。特に、従来の方法では、流体と膜との完全な接触を容易にする最小限の深さを有する流体流れ場を、膜と接触して一様に形成することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６２４８１５７号明細書
【特許文献２】米国特許第６３０９４４４号明細書
【特許文献３】米国特許第５８８５３３２号明細書
【特許文献４】米国特許第６６７５８３５号明細書
【特許文献５】米国特許第７７１３３３１号明細書
【特許文献６】米国特許第６９４９１３２号明細書
【特許文献７】米国特許第６４９４９３８号明細書
【特許文献８】米国特許出願第１３／９１１，４３３号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｔｏｋｕｎａｇａ，  Ｊ  Ｃｈｅｍ  ＆  Ｅｎｇ  Ｄａｔａ，  Ｖｏｌ  ２０，  Ｎｏ  １，  １９７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の目的は、最小限の容量で優れた脱ガス性能を発揮する気液膜接触器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、ガスを通すが液体は通さず、無孔質で、ほぼ平面状の膜を用いることが好ましい。この膜は、一般的な溶液拡散機構により流体で覆われると、一般には脱ガス又は脱気と呼ばれるメカニズムで液体から溶解した大気ガスを除去するよう作用する。説明する脱ガス装置は、透過チャンバ、多孔質支持メッシュ、透過性を有する化学的に不活性の平面膜、流体分配チャンバを備えており、それらが、ネジ、リベット、溶接、接合、圧入などの既知の機構を用いて十分な力で互いに接続されて、Ｏリング、膜、接触器の要素間のシーリング処理が行われている。
【００１６】
本発明の液体脱ガス装置は、チャンバ内に配置され、モジュールを透過側と未透過側に分離する半透膜を有するモジュールを備え、透過側は第１ポート有する。未透過側は、入口ポートに流体的に接続され、そこを通る液体に第１摩擦流量規制を課す入口液体マニホールドを備えている。上記透過側は、出口ポートに流体的に接続され、そこを通る液体に第２摩擦流量規制を課す出口液体マニホールドをさらに備えている。透過側には、入口及び出口液体マニホールド間に延在し、それらを流体的に接続する複数のチャネルを含むチャネルアレイが設けられる。上記チャネルは、各仕切り板によって互いに分離され、各チャネルがそこを通る液体流れにチャネル摩擦流量規制を課すよう構成されている。第１及び第２摩擦流量規制の合計が前記チャネル摩擦流量規制の合計の約５０％以下である。
【００１７】
本発明の脱ガス装置は、第１プレートと第２プレートを接続してその間に脱ガスチャンバを画定し、第１及び第２プレート間に半透膜を固定して前記チャンバを透過側と未透過側に分離しているモジュールを備えている。第１プレートには、第１マニホールドと、第２マニホールドと、第１マニホールドと第２マニホールドを流体的に接続する複数の第１チャネルを有する第１チャネルアレイとによって画定された流体流路が含まれ、流体流路は、流体流れを前記チャンバの前記未透過側から膜に接触するように搬送するよう構成されている。第１マニホールドは、流体流れに第１摩擦流量規制を課すよう構成され、第２マニホールドは、流体流れに第２摩擦流量規制を課すよう構成されている。チャネルアレイの各チャネルは、流体流れにほぼ等しいチャネル摩擦流量規制を課すよう構成され、第１及び第２摩擦流量規制の合計は、膜と接触しつつチャネルアレイに沿ってほぼ一様な流体流れを可能にするのに適したものである。上記チャンバの透過側は、第１ポートを介して排気可能である。
【００１８】
流体内の対象ガス濃度を低下させる方法は、上記モジュールを設ける工程と、半透膜と接触しながら、流体流路に沿って流体を動かす工程と、チャンバの透過側の対象ガスの分圧を、流体の対象ガス分圧より低いレベルまで低下させる工程とを含む。
【００１９】
気液接触器は、半透膜によって第１部分と第２部分に分離されたチャンバを有するモジュールを備えている。このモジュールは、チャンバの第１部分から流体を流す入口と出口を有し、流体流れに一様な膜接触機会を与えるのに適した形状を有している。
【００２０】
気液接触器は、半透膜によって第１部分と第２部分に分離されたチャンバを有するモジュールを備えている。このモジュールは、チャンバの第１部分から流体を流す入口と出口を有し、チャンバの第１部分を通る流体流路を画定する形状を有し、流体流路は、入口と出口を流体的に接続する第１流れ場、第２流れ場、第３流れ場を有する。第１流れ場の第１流れ深さは、第２流れ場の第２流れ深さよりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の流体脱ガスシステムを示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の脱ガスモジュールを示す上面斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の脱ガスモジュールを示す下面斜視図である。
【図３Ａ】本発明の脱ガスモジュールを示す分解上面斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の脱ガスモジュールを示す分解下面斜視図である。
【図４】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す部分切り取り上面図である。
【図５】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す断面斜視図である。
【図６】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す断面斜視図である。
【図７】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す断面分解斜視図である。
【図８】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す断面分解斜視図である。
【図９】本発明の脱ガスモジュールを示す断面側面図である。
【図１０Ａ】本発明の脱ガスモジュールを示す断面側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す脱ガスモジュールの一部を示す断面図である。
【図１１Ａ】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す部分切り取り上面図である。
【図１１Ｂ】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す部分切り取り上面図である。
【図１２Ａ】本発明の脱ガスモジュールの一部を示す部分切り取り上面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す脱ガスモジュールの一部を示す側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａに示す脱ガスモジュールの一部を示す断面側面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ａに示す脱ガスモジュールの一部を示す断面側面図である。
【図１３】フラットシートと管状膜とで脱ガス効率を比較する比較図表である。
【図１４】本発明の脱ガスモジュールの脱ガス効率比較を示す図表である。
【図１５】本発明の脱ガスモジュールの脱ガス効率を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
上に列挙した目的及び利点を、本発明によって示されるその他の目的、特徴、及び進歩と共に、添付の図面を参照して説明する詳細な実施例によって示すが、これらの図は、本発明のさまざまな可能な構成を代表するものである。本発明の他の実施例及び態様は、当業者の理解の範囲に含まれることが理解されよう。
【００２３】
本明細書で説明するような流体脱ガス装置は、内部チャンバを画定するモジュールを備え、その内部チャンバ内には、そのチャンバを透過側と未透過側に分離する、ほぼ平らなシート形状の膜が配置されている。このチャンバの未透過側は、モジュールの入口と出口間の流体流路に沿って流体と膜が接触するよう構成されている。チャンバの透過側では、流体から膜を通って対象ガスを移送する駆動力を発生させる脱ガス環境が形成されてもよい。この脱ガス環境は、ポンプによってモジュールの排気ポートを介してチャンバの透過側の排気を行った結果、減圧した大気圧下であってもよい。
【００２４】
このため、ここでの“流体”という用語は、液体、気体及びそれらの組み合わせを含む、力を受けて流れることができる任意の物質を意味している。この流体は、流体の流れに対して少なくとも部分的な境界を画定するチャネル、溝及びその他の構造に沿った本発明の脱ガスモジュールを介して、流体流路に沿って誘導されることが好ましい。
【００２５】
例えば、液体クロマトグラフィーにおける移動相の場合のように、流体流れからガスを取り除くのに採用され得る、本発明の流体脱ガスシステム１０を概略的に示す。この基本的なシステムの例では、流体ポンプ１２によって、流体タンク１４から脱ガスモジュール２０へと搬送路１６に沿って流体を搬送する。以下でさらに詳しく説明するように、脱ガスモジュール２０は、流体に含まれる液体からガスを分離する一つ又は複数の膜を備えている。この流体の搬送流路１６によって、流体は、脱ガスモジュール２０の流体入口２２を通り、脱ガスモジュール２０内の脱ガス流体流路に沿って流体出口２４へと向かう。処理された流体は、液体又は還元ガス濃縮液であってもよく、注入バルブ、クロマトグラフィーカラム、その他のクロマトグラフィー装置など、用途に適した下流の装置へと送出される。
【００２６】
この脱ガスシステム１０は、脱ガスモジュール２０内にあるチャンバの透過側の排気を行う真空ポンプ３０を備えていてもよい。この真空ポンプ３０は、チャンバの透過側に開口する脱ガスモジュール２０のポート２６に流体的に接続されている。コントローラ３２は、真空ポンプ３０と流体ポンプ１２のいずれか又は両方と、脱ガスモジュール２０内のチャンバの透過側にある圧力センサ３４とに通信可能に接続されていてもよい。この圧力センサ３４は、真空ポンプ３０と流体ポンプ１２のいずれか又は両方を調節可能に操作するための信号をコントローラ３２に送って、流体流量と脱ガスモジュール２０内の透過側環境を所望のバランスに保つことができる。
【００２７】
本発明の脱ガスモジュール２０の実施例を図２に示す。流体脱ガスモジュール２０は、液相流体入口２２と液相流体出口２４を有する流水式装置として構成されてもよい。ポート２６は、脱ガスモジュール２０内にあるチャンバの透過側の排気を行う真空ポンプ３０などのポンプに流体的に接続されていてもよい。脱ガスシステム１０などのシステムへの脱ガスモジュール２０の取り付けには、ねじ込み式レセプタクル２５が有用な場合がある。
【００２８】
この脱ガスモジュール２０の分解図を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図中、脱ガスモジュール２０は、接続されるとそれらの間に脱ガスチャンバを画定する第１プレート４２と第２プレート４４を備えている。脱ガスモジュール２０は、半透膜５０をさらに備え、この半透膜５０は、チャンバ内で膜５０に対する流体密封シールを形成するよう構成されたＯリングなどのガスケット５２によって、第１及び第２プレート４２、４４間のチャンバ内に固定されてもよい。いくつかの実施例において、ガスケット５２は、以下にさらに詳細に説明するように、膜５０の周辺にわたって流体密封シールを形成する。脱ガスモジュール２０は、必要に応じて、流体から除去されたガスがその本体を通り、第２プレート４４のポート２６から出ていくようにする多孔質のディフューザ部５４をさらに備えていてもよい。このディフューザ部５４は、膜５０を第１プレート４２に接触させるなど、チャンバ内に膜５０を固定するよう機能してもよい。
【００２９】
いくつかの実施例において、第１プレート４２は、第２プレート４４の取り付けタブ４８を収容し、第１プレート４２への第２プレート４４の設置と固定に役立つよう構成された一連の取り付けレセプタクル４６を備えていてもよい。膜５０、ガスケット５２、ディフューザ部５４が動作可能に配置されるチャンバを形成するよう第２プレート４４を第１プレート４２に固定するためには、さまざまな固定技術が採用されるものとする。このような固定技術の例としては、締結、はんだ付け、溶接、超音波溶接、接着剤、溶融ボンディングなどが含まれてもよい。一般的に、第１及び第２プレート４２、４４は、ステンレス鋼や化学的に不活性な高分子材料など、一つ又は複数の化学的に不活性な材料から製造される。この第１及び第２プレート４２、４４の製造に用いる材料が、第１プレート４２に対する第２プレート４４の固定に適した技術を左右することがある。当然のことながら、第１及び第２プレート４２、４４に選択された材料は、適切な接合やライフサイクルを考慮しても、互いに適合するものであるべきである。
【００３０】
第１プレート４２は、流体流れと膜５０とが接触するための流体流路６０を画定する。流体流路６０は、有効膜接触面表面積との流体接触を最適化することが好ましい。従来の脱ガスシステムでは、所望の脱ガス性能を得るのに十分な流体−膜接触を求め得られることもあったが、脱ガス性能を劣化させずに、例えば、脱ガスユニットサイズの縮小、流体流量の増加、膜浸透の減少などを可能にする特定の物理的構成基準により、流体−膜接触を最適化することはできなかった。図示の実施例では、流体流路６０が第１流れ場６２、第２流れ場６４、第３流れ場６６によって区画され、流体が第１、第２、第３流れ場６２、６４、６６と順に流れる。いくつかの実施例において、第２流れ場６４は、第１流れ場６２と第３流れ場６６とを流体接続する複数の第１チャネル６５からなる第１チャネルアレイから構成されていてもよい。第１流れ場６２は、液相流体入口２２に流体的に接続され、第１チャネル６５に流体流れを分配する溝又はマニホールドから構成されていてもよい。同様に、第３流れ場６６は、第２流れ場６４から流体を回収し、液相流体出口２４から流体流路６６に沿って回収した流体流れを搬送する溝又はマニホールドから構成されていてもよい。
【００３１】
図７に示すように、第１プレート４２は、第２プレート４４と第１プレート４２を接続することにより膜５０が密閉して固定される周囲支持面６８をさらに有していてもよい。第２プレート４４には、ガスケット５２が保持される環状又は周辺凹部７０が備えられていてもよい。第２プレート４４の取り付けタブ４８が取り付けレセプタクル４６に収容されることで第２プレート４４と第１プレート４２が接続されることにより、ガスケット５２が膜５０を第１プレート４２の周囲支持面６８に押し付ける。このような押圧は、ガスケット５２と第１プレート４２の周囲支持面６８との間に膜５０を流体的に密閉するのに十分なものであることが好ましい。このようなアセンブリをさまざまな方向から見たものを図に示す。
【００３２】
ガスケット５２と第１プレート４２の周囲支持面６８間の膜５０の密封アセンブリは、一般に膜透過性試験に用いられるＡＳＴＭ法Ｄ１４３４と類似している。ＡＳＴＭ  Ｄ１４３４に記載されているように、膜の周辺で流体が移動しないように膜を密封することが望ましい。第１及び第２プレート４２、４４間の密封ガスケット５２では、第２プレート４４の環状／周辺凹部７０と膜５０の周辺部との間でガスケット５２が圧縮されてもよい。ガスケット５２は、膜５０を密閉してはめ込むための弾力材からなる「Ｏリング」と考えてもよい。本発明の脱ガスモジュール２０に有用なガスケット５２の例としては、ＰＦＴＥのＯリングが挙げられる。
【００３３】
第２プレート４４は、ガス排出路２７に沿って第１ポート２６を有していてもよく、このガス排出路２７は、第１ポート２６と第２プレート４４のチャンバ領域２９との間で第２プレート４４を通る穴として設けられてもよい。この構成では、膜５０を透過したガスは、ガス排出路２７に沿って、脱ガスモジュール２０外へと排出されてもよい。いくつかの実施例では、真空ポンプ３０によって、透過したガスをガス排出路２７に沿って排出するための駆動力を発生させてもよい。透過ガスを除去することにより、半透膜５０を介した流体流路６０内の流体からのガスの移動を促進するチャンバの透過側の環境が維持される。
【００３４】
いくつかの実施例では、第２プレート４４と膜５０との間に、ディフューザ部５４が動作可能に配置されていてもよい。このディフューザ部５４は、場合によっては、膜５０と第２プレート４４のチャンバ領域２９との間の空間の少なくとも一部となって、膜５０を第１プレート４２の一部に押し付けるために、第２プレート４４のチャンバ領域２９と膜５０との間に動作可能に配置されていてもよい。ディフューザ部５４は、第２プレート４４の穴４５に向かってディフューザ部５４に沿ってガスを透過させる経路を形成する多孔質構造であることが好ましい。ディフューザ部５４は、膜５０の未透過（流体）側と透過（ガス）側との大きな差圧の作用によって、第２プレート４４の方へ膜５０が大幅に移動しないように機能してもよい。第２プレート４４と膜５０の間に空隙容量をとることにより、ディフューザ部５４は、所望のほぼ平面構造において膜５０を所定の位置に維持するのを助ける。また、この機能は、低圧透過側環境への偏向によって生じる膜５０へのダメージを抑制するように作用してもよい。ディフューザ部５４は、そこを透過するガス流に対してほとんど流量規制を課さないことが好ましく、透過ガスに対する流量規制が１ｍｍＨｇ未満であることが好ましい。ディフューザ部５４は、上記機能を果たしつつ、さまざまな材料からさまざまな構成で作製してもよい。ディフューザ部５４は、化学的に不活性かつ多孔質であることが好ましく、いくつかの実施例では、織物構造又はメッシュ構造を有していてもよい。このディフューザ部４３を構成するのに有用な材料の例としては、ポリマー、ステンレス鋼、ガラス、セラミック、その他の非反応性不活性物質が挙げられる。ディフューザ部５４の例としては、スイス、ハイデンのＳｅｆａｒ  ＡＧ社から入手可能なポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）織布がある。
【００３５】
ディフューザ部５４は、ガスケット５２によって第２プレート４４と膜５０の間の所定の位置に配置されていてもよい。いくつかの実施例では、ガスケット５２は、ディフューザ部５４の周辺境界を形成し、ディフューザ部５４は、ガスケット５２によって画定された境界内にすっぽり収まって位置する。このような実施例では、ディフューザ部５４は、接着剤や溶接などによって第２プレート４４に固定されていてもいなくてもよい。他の実施例では、ガスケット５２と膜５０の間、もしくは、ガスケット５２と第１プレート４２又は第２プレート４４の間にディフューザ部５４の少なくとも一部が固定されていればよい。このような配置では、ディフューザ部５４が「エアブリード」として機能し、空気などの環境ガスの規制された流れが、環境にさらされたディフューザ部５４の部分を介してチャンバの透過側へと引き込まれてもよい。一方、ディフューザ部５４をガスケット５２と装置のシール面との間に介在させることにより、ディフューザ部５４の多孔質構造が、チャンバの透過側への規制されたガスの流入を可能にしてもよい。この脱ガスモジュール２０の特定の用途では、このようなエアブリード特性を利用して、例えば、チャンバの透過側における溶媒蒸気の蓄積を軽減し、溶媒蒸気の形成や排気ポンプ３０への移動を最小限に抑える又は排除するようにしてもよい。
【００３６】
上記膜５０は、ガスは通すが液体はほぼ通さない「半透性」であることが好ましい。いくつかの好適な実施例では、膜５０は、無孔質であり、平均自由行程によるクヌーセン拡散機構ではなく、溶液拡散機構によって成分の移動を可能にする。膜５０は、一つ又は複数の層又は複合構造などで、一つ又は複数の材料から形成されてもよい。半透膜５０の形成に有用な膜材料の例としては、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、アモルファスフッ素重合体（デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール・アンド・ カンパニーから入手可能なテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）ＡＦなど）、その他の高分子及び非高分子材料が挙げられる。この膜５０の形成に特に有用な膜材料の例としては、本出願人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれた特許文献８に記載のものがある。
【００３７】
上記膜５０は、ほぼ平面であり、流体流路６０に沿って搬送される流体と接触する接触表面積を最大限にするよう構成配置されていてもよい。従って、好適な実施例では、膜５０はほぼ平面である。しかしながら、本発明の脱ガスモジュール２０には、複数のほぼ平面の膜５０を用いることも考えられる。また、平面の膜５０の代わり又はそれに加えて、管状の半不透過性膜を含む平面ではない膜を採用してもよい。脱ガスモジュール２０では、一例として、ほぼ平面のシート状膜の代わり又はそれに加えて、一つ又は複数の管状半透膜からなるほぼ平面の「ベッド」を採用してもよい。従って、一般的には、流れる流体の脱ガスを好適に行うための流体流路６０に沿った流体との接触には、さまざまな分離膜形状や構成が採用され得ると考えられる。
【００３８】
第１プレート４２は、従来の流体脱ガスシステムと比較して、脱ガス効率を向上させる流体流路６０を画定することが好ましい。特に、流体流路６０を画定する第１プレート４２の構成により、流体流れの分布がほぼ一様となり、膜５０の有効接触表面積を最も効率的に利用することができる。これに関して、第１及び第３流れ場６２、６６は、第２流れ場６４よりも大幅に低い摩擦流量規制を与えるよう構成されている。このように摩擦流量規制が大きく異なるため、流体は、第２流れ場６４を構成する第１チャネルアレイの第１チャネル６５すべてにほぼ一様に分布するよう、第１流れ場６２に沿って比較的自由に流れることとなる。また、第２流れ場６４は、第１及び第３流れ場６２、６６間にほぼ一様な摩擦流量規制を与えるよう構成されることが好ましい場合もある。結果として、流体流れは、膜５０にほぼ一様に接触するために、第２流れ場６４にわたってほぼ一様に分布する。
【００３９】
図４に示す実施例では、膜５０は、流れ場６２、６４、６６の少なくとも一部を含む、周囲支持面６８によって境界される領域に重なって動作可能に配置されてもよい。いくつかの実施例では、膜５０は、第１、第２及び第３流れ場６２、６４、６６のほぼすべてで流体接触を行うよう配置されている。他の実施例では、膜５０は、第２流れ場６４のほぼ全体をカバーしてもよい。さらに他の実施例では、膜５０は、第１及び／又は第３流れ場６２、６６の一部と、第２流れ場６４のほぼ全体で流体接触を行うよう配置されていてもよい。
【００４０】
第１流れ場６２は、液相流体入口２２に流体的に接続された溝又はマニホールドを有していてもよく、第１流れ場６２の第１水力直径の構成要素である第１高さ１１２と第１幅１１４を有していてもよい。非円形断面の流れ区域の場合、水力直径は、問題となっている非円形ダクトと同じ力平衡が得られる円形パイプと同じ直径を示す。流れ場６２、６４、６６のいずれか又はすべてが非円形断面を有していてもよく、それにより、それぞれの水力直径がそこを通る流体の流動力学を考慮するのにふさわしいものとなると考えられる。図示の実施例からも分かるように、第１及び第３流れ場６２、６６は、第１チャネル６５の第２深さ１２２よりも大幅に深くてもよい。流体ダクトの深さは、全体の摩擦流体流量規制の判断要素であり、第１流れ場６２の比較的大きな第１深さ１１２は、そこを通る流体流れに対する比較的低い摩擦規制を支援する要素である。
【００４１】
第３流れ場６６は、第１流れ場６２とほぼ同一、類似又は異なっていてもよい。図示の実施例では、第３流れ場６６は、第１流れ場６２とほぼ同様の構成及び寸法を有する溝又はダクトを備えているが、本発明によれば、第１及び第３流れ場にはさまざまな構成や寸法が考えらえる。第２流れ場６４は、第１流れ場６２と第３流れ場６６とを流体的に接続する複数の第１チャネル６５からなる第１チャネルアレイから構成されていてもよい。第１チャネル６５は、少なくとも部分的に第１及び第３流れ場６２、６６間で第１プレート４２と一体的に延在する各仕切り板７２によって互いに分離されていてもよい。この仕切り板７２は、第１チャネルベース７４から第１チャネル高さ寸法１２２だけ上方へ延在した壁又は隆起リブの形状を有していてもよい。このように、仕切り板７２が第１チャネルベース７４から延在する程度により、第１チャネル高さ寸法１２２を定義してもよい。第１チャネルベース７４は、第１プレート４２の表面を有していてもよく、及び／又は、第１プレート４２に別の材料層を有していてもよい。このような別の材料層としては、流体が第１プレート４２と接触する代わりに、第２流れ場６４で別の材料層と接触して流れるよう、第１プレート４２に配置されたコーティング、膜、プレートなどが含まれてもよい。このような実施例では、仕切り板７２は、上記別の材料層と一体的に又はそれに固定して形成されてもよく、もしくは、別の材料層を仕切り板７２の間に配置して、第１プレート４２と一体的に形成されてもよく、又は、別途それに取り付けられてもよい。膜５０には、少なくとも第１プレート４２と対向する面に仕切り板７２が設けられてもよい。膜５０に設けられたこのような仕切り板７２は、流体流れを第２流れ場６４に向けるために、第１プレート４２にて単体で又は任意の仕切り板７２と組み合わせて利用してもよい。
【００４２】
仕切り板７２は、第１及び第３流れ場６２、６６の間で連続的又は非連続的に延在していてもよい。仕切り板７２はそれぞれ、第１及び第３流れ場６２、６６のそれぞれに対してほぼ垂直に配向された複数の真っ直ぐかつ平行な第１チャネル６５を形成するため、第１及び第３流れ場６２、６６の間に平行して連続的に延在していてもよい。このような実施例では、流体流路６０が第１流れ場６２から第２流れ場６４へとほぼ直角に、ひいては第３流れ場６６へとほぼ直角に沿って配置される。
【００４３】
しかしながら、このような仕切り板７２や第１チャネル６５にはさまざまな配置や構成を用いて本発明の所望の流体流動力学を達成し得ることを理解すべきである。第２流れ場６４は、全体にわたってほぼ一様な摩擦流量規制が得られるよう構成されることが好ましい場合もある。このようにほぼ一様な摩擦流体流量規制を得るためには、各第１チャネル６５は、ほぼ同じ摩擦流体流量規制が得られればよい。従って、各第１チャネル６５は、ほぼ同一のチャネル高さ寸法１２２、第１チャネル幅寸法１２４、第１チャネル長さ寸法を有するほぼ同一の外形を有していればよい。以下の摩擦流体流量規制の説明からも理解できるように、第１チャネルが等しい外形を有することにより、流量規制が一様になる。第２流れ場６４においてほぼ一様な摩擦流体流量規制を得る方法の一つとして、形状及び長さがほぼ同一の複数の第１チャネル６５からなるチャネルアレイを用いる方法がある。
【００４４】
第１チャネル６５の外形（長さや断面形状）は、各第１チャネル６５によって得られる摩擦流体流量規制がほぼ等しい限り、不均一であってもよい。しかしながら、そのような第１チャネルの不均一な外形は、脱ガスモジュール２０の全脱ガス効率が最大となるものに制限される。例えば、第１チャネル６５における他の流量規制因子に対応するよう第１チャネル深さ１２２を増大させると、その深さが増大した第１チャネル６５を通る流体の脱ガス効率が低下する場合がある。流体力学によれば、流体深さ（第１チャネル深さ１２２）を最小限にすると、膜５０と第１プレート４２との間の未透過側に流体流れチャネルを画定するよう膜５０が配置される流体／膜接触の機会が増える。それに対応して、第１チャネル深さ１２２が小さくなると、第１チャネル６５に沿った摩擦流体流量規制が大きくなる。このように、第１チャネル深さ１２２の縮小と、第２流れ場６４における摩擦流体流量規制の制御との間でバランスを取らなければならない。主に第２流れ場６４における摩擦流体流量規制によって制御し得る脱ガスモジュール２０による摩擦流体流量規制は、流体流れにおける最高蒸気圧を有する流体成分の蒸気圧未満であることが好ましい。脱ガスモジュール２０の全摩擦流体流量規制は、流体工学システム（ＨＰＬＣシステムなど）のその他の構成要素における摩擦流量規制に対応するよう、最高蒸気圧を有する流体成分の蒸気圧未満であることがより好ましい。しかしながら、本発明の原理は、脱ガスモジュール２０によって、上記関係性を妨害せずに第１チャネル深さ１２２を最小限にする流体流路６０を設計することである。このように、第１チャネル深さ１２２を最小限とすることで、脱ガス効率を最大限に高めることができる。
【００４５】
第１チャネル６５は、ほぼ同一の平行な第１チャネルのアレイではなくてもよいものと考えられる。仕切り板７２は、第２流れ場６４を通るすべての流体にほぼ等しく流体／膜接触の機会が与えられるよう構成配置される方がむしろ好ましい。等しい流体／膜接触の機会とは、第２流れ場６４を通る際の具体的な経路に関係なく、流体が膜５０と接触し得る時間がほぼ同じだけの時間として定義してもよい。また、第２流れ場６４は、膜５０のほぼすべての有効接触表面積との流体／膜接触が得られるよう構成されることが好ましい。そうすることで、脱ガスモジュール２０は、その有効脱ガス性能を最大限に高めることができる。一方、従来の脱ガスシステムは、分離膜を最大限に利用するよう構成されてはおらず、その代わりに、流体／膜接触の機会を十分に活用していない、もしくは、流体／膜接触の部分を完全に欠いた流体流動力学となる場合がある。
【００４６】
いくつかの実施例では、第２流れ場６４は、その第２流れ場６４において流体流路６０に沿って流れる流体が全体的に一様な流速を示すよう構成されてもよい。このように一様な流速は、ほぼ同一の外形を有する第１チャネル６５のアレイを利用した実施例において達成され得る。一方、他の実施例では、摩擦流体流量規制が均一ではないため、第２流れ場６４のそれぞれ異なる領域で流速が異なる場合がある。いずれの場合も、ほぼ等しい流体／膜接触の機会も達成しつつ、第２流れ場６４において有効な膜接触域全体にわたって流体分布が得られることが好ましい。
【００４７】
仕切り板７２は、連続的又は非連続的な壁や壁部分の形状を有していてもよい。いくつかの実施例では、仕切り板７２の壁部分は、第２流れ場６４を通る流体流れパターンの形成を助けるカラム又はその他の形状であってもよい。仕切り板７２は、第２流れ場６４における流体流れパターンでの役割に加えて、チャネルベース６５との離隔した関係において膜５０を支持する機能も果たしてもよい。このような離隔した関係によって、ガス／流体分離に対する流体／膜接触が達成される流体流れ形態が得られる。従って、このような流体流れ形態における流体の深さは、仕切り板７２の高さによって決まり、チャネル深さ１２２を定義してもよい。第２流れ場６４全体にわたって膜５０がチャネルベース６５と離隔関係に維持されるよう、仕切り板７２は、第２流れ場６４全体にわたって間隔を置いた位置に分散していてもよい。仕切り板７２の間隔としては、第２流れ場６４全体にわたって、チャネル深さ寸法１２２を少なくとも最小限に抑えるのにふさわしいものであることが好ましい。仕切り板７２が非連続的なリブ又は仕切り部分である場合、第１チャネル６５は、はっきりと定められたものではなく、第２流れ場６４において流体流路６０に沿ったより一般的な流体流れ領域であってもよい。しかしながら、そのような構成では、第２流れ場６４での膜接触領域を最大限に活用しつつ、等しい流体／膜接触の機会が求められる。これは、第２流れ場６４と少なくとも第１流れ場６２との間などの摩擦流体流量規制の大きな差と共に、第２流れ場６４全体にわたって一様な摩擦流体流量規制を得ることによって達成され得る。各第１チャネル６５の摩擦流体流れ抵抗は、そこを通る流体の粘度と、流体層の深さ及び第１チャネル６５の長さとを組み合わせた関数である。いくつかの実施例では、仕切り板７２の高さは、約２５から２５０ミクロンの第１チャネル深さ１２２が得られる範囲であってもよい。仕切り板７２の高さは一様であってもよく、上述したように、ディフューザ部５４によって膜５０が押し付けられる各支持面７６を有していてもよい。この支持面７６は、膜５０がほぼ支持面７８に沿って支持面７６に押し付けられるよう、支持面７８と同延であってもよい。
【００４８】
第１及び第３流れ場６２、６６は、摩擦流体流れ抵抗が、第２流れ場６４で生じるものと比べて比較的低くなるよう構成されてもよい。このように、第１流れ場６２に沿った流体流路６０は、各第１チャネル６５の吸入部６９に一様に分布していてもよい。このように流体流路６０が第２流れ場６４のすべての吸入部６９に一様に分布することで、モジュール２０の脱ガス効率が、流体流量にかかわらず、予測可能かつ再現可能となる。
【００４９】
流体流路６０に沿った任意の点における流量規制の算出は、ダルシー・ワイスバッハの式を用いて行えばよい。
【数１】
0006620222.tif 000002
式１  ダルシー・ワイスバッハ
ここで、
Δｐ＝圧力低下
Ｌ＝内部チャンバの長さ
Ｄ＝流れ跡の水力直径
ρ＝流体の密度
Ｖ＝平均流速
ｆＤ＝ダルシー摩擦係数
【００５０】
ＨＰＬＣにおける一般的な流動条件である層流条件下（Ｒｅ＜２３００）では、ダルシー摩擦係数ｆＤとΔｐの微分が以下のようになる。
【数２】
0006620222.tif 000003
式２
ここで、Ａは、流れ断面積であり、
Ｑは、体積流量であり、
μは、流体の粘度である。
【００５１】
断面がほぼ長方形の第１チャネル６５を用いた図４〜６に示す実施例では、幅「Ｗ」が第１チャネル幅１２４を示し、高さ「Ｈ」が第１チャネル深さ１２２を示す場合、水力直径は以下のように算出できる。
【数３】
0006620222.tif 000004
式３
【００５２】
Ｄについて式３を式２に代入すると、実施例の長さＬ、粘度μ、幅Ｗ、高さＨ、流量Ｑに関して、各第１チャネル６５の圧力低下Δｐが得られる。
【数４】
0006620222.tif 000005
式４
【００５３】
第２流れ場６４において膜５０と接触する流体に関して上記式を用いると、すべての第１チャネルアレイ幅の合計を示す膜全幅を「Ｗｍ」、チャネル深さを「Ｈｍ」として、摩擦流体流量規制を算出することができ、Ｗｍ＞＞Ｈｍの場合（第２流れ場６４の場合）、第２流れ場６４の全圧力低下Δｐｍは以下のように計算できる。
【数５】
0006620222.tif 000006
式５
【００５４】
この関係式は、流れ抵抗が、チャネル深さＨｍの３乗に反比例することを示している。
【００５５】
第１又は第２マニホールド（第１又は第３流れ場６２、６６）の摩擦流量規制を求めるには、同じ式を用いればよい。例えば、幅が深さよりもかなり大きい長方形の断面を有するマニホールドの場合、そのマニホールドの摩擦流量規制は、以下のように計算できる。
【数６】
0006620222.tif 000007
式６
ここで、
Ｌｄ＝マニホールドの長さ（マニホールド長さ１３０）
Ｗｄ＝マニホールド幅（幅１１４）
Ｈｄ＝マニホールド高さ（高さ１１２）
【００５６】
第１又は第３流れ場６２、６６が上記長方形の形状と異なる形状で構成されている場合、水力直径は以下のように計算できる。
【数７】
0006620222.tif 000008
式７
【００５７】
そして、この水力直径を上記式２に挿入して、第１又は第３流れ場６２、６６の摩擦流量規制を算出することができる。
【００５８】
従来の脱ガスシステムは、摩擦流量規制、特に、膜接触領域にわたって完全な流れ分布を行うよう設計された摩擦流体流量規制の制御に関連するものであるため、設計パラメータの制御が行われない。その代わり、従来の脱ガスシステムは、膜に接触する不均一な流体経路と、膜に接触する流体の分布に影響を与える局所的な流れ抵抗の影響を受ける。その結果、従来の脱ガスシステムでは、膜脱ガスシステムの最大有効効率を生かすことができない。
【００５９】
脱ガスモジュールのハウジングに流体入口と流体出口だけを設けて、膜の未透過側からの流体の供給と除去を行うシンプルな従来の例を考えた場合、膜と接触する流体流れの分布は一様ではない。この従来の使用例における入口／出口領域と流体／膜接触領域との相対的な摩擦流量規制を求めるには、例えば、入口及び出口に隣接する流体流れ部分は、幅が０．１インチ（２．５４ミリメートル）、高さが０．００５インチ（０．１２７ミリメートル）、長さが１．５インチ（３８．１ミリメートル）となり、膜と背食して入口領域から出口領域へと流れる部分は、幅が１．５インチ（３８．１ミリメートル）、長さが４インチ（１０１．６ミリメートル）となる。膜接触領域での摩擦流量規制（式５）を、入口／出口領域での摩擦流量規制（式６）で割ると、Δｐｄ／Δｐｍ＝１５となる。これは、入口／出口流れ領域での流れ抵抗が、流体／膜接触領域よりもはるかに高いことを意味している。計算流動力学による算出によって、上記の場合では膜接触領域にわたる分布が一様ではないことが分かった。
【００６０】
代わりに、入口マニホールドと出口マニホールドがＷ×Ｈ×Ｌ＝０．０５’’×０．０５’’×１．５’’の正方形の断面形状を有し、流体／膜接触領域（第２流れ場）がＷ×Ｈ×Ｌ＝１．５’’×０．００５’’×１．５’’である場合、結果として得られる流量規制の比較は、Δｐｄ／Δｐｍ＝３％となる。この場合、入口及び出口マニホールドの摩擦流量規制が、流体／膜接触領域よりもはるかに低くなる。従って、流体が膜にわたって一様に流れ、流量分布が最適化され、膜との接触が最大となる。
【００６１】
流体の出入りが生じ得る物理的な制限を有する機器設計への適応性に関して有利な点として、トラック１６及びトラック２７に沿った任意の場所及び任意の実現可能な方向に、溶媒入口１８、流体接続穴１７、それに対応する出口接続部を配置してもよい。これにより、異なる機器設計に対応して入口と出口の再配置が必要な場合にも、流体がたどる経路の再設定や検査を行う必要がない。
【００６２】
本出願人は、第１流れ場６２（及び第３流れ場６６）と第２流れ場６４との間などの相対的な摩擦流量規制は、膜接触領域にわたって一様な流体流れ分布が得られるかどうかを決定するものとなり得ることを見出した。膜接触領域にわたって所望の流体流れ分布を得るには、第１及び第３流れ場６２、６６間の摩擦流量規制（ΔＰｄ）と第２流れ場６４での摩擦流量規制（ΔＰｍ）との割合が、約５０％未満であることが好ましい。膜接触領域にわたって所望の流体分布を得るには、相対流体流量規制Δｐｄ／Δｐｍは、２０％未満であることが好ましく、１０％未満であることが最も好ましい。一様な流体流れ分布を評価する基準の一つとして、第２流れ場６４における最低流速と最高流速を比較する。完璧に一様な流れ分布では、Ｖｍａｘ＝Ｖｍｉｎ，（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍｉｎ＝０となる。例えば、悪い流れ分布の場合、Ｖｍｉｎ＝０（（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍｉｎ＝∞）となる。Δｐｄ／Δｐｍ≦５０％、（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）／Ｖｍｉｎ≦５０％であることが好ましい。この場合、第２流れ場６４における流速がほぼ一様となる。
【００６３】
また、本出願人は、上記設計基準により、脱ガスモジュール２０における入口及び出口の物理的な配置への規制が緩和されることも見出した。その結果、機器設計者が  脱ガスモジュール２０において液相流体入口と液相流体出口の配置を行う際に柔軟性が生まれ、脱ガスモジュール２０が連携しようとする各機器と最適な連携を行うよう、さまざまな液相流体入口や液相流体出口の配置が行われたさまざまなモデルの脱ガスモジュール２０を製造する際にもさらなる柔軟性を得ることができる。図１１Ａ及び図１１Ｂは、液相流体入口と液相流体出口の配置についての変形例を示す。図１１Ａの流体流れプレート２４２は、液相流体出口２４２に対してプレート２４２の反対側に配置された液相流体入口２２２を備えている。それに対して、図１１Ｂに示す流体流れプレート３４２は、プレート３４２の共通する端部に液相流体入口及び出口３２２、３２４が配置されている。本発明の脱ガスモジュールに対する液相流入及び流出については、本発明によれば、その他多くの構成が考えられる。
【００６４】
各タイプの膜については、膜の単位面積当たりのガス搬送効率と共に、表面積と流体層厚も脱ガス器の全体設計において考慮に入れるべきである。移動相などの液体から真空へのガスの搬送には、同じ材料からなる比較的厚さのある膜よりも薄い膜の方がより効率的であることがよく分かる。従来より、膜自体によって、流動する移動層からのガス搬送には大きな規制が課されるため、さまざまな濃度のメタノールと水を大気圧で混合した際に気泡形成を抑制するのに十分であることが証明されている残気３８％など、所望のレベルの脱ガスを行うには比較的大きな表面積が必要となる。
【００６５】
上記設計基準により、いくつかの装置の製造と検査を行った。
例１：水を毎分１０ミリリットルで脱ガス器に流した場合、テフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）ＡＦ複合膜を用いて、１５ヘクトパスカル以下の対象最大流量規制で、１０ｍＬ／分の流れに対してＨＰＬＣ脱ガスを行った。
【表１】
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【００６６】
次に、全体として、入口マニホールドと出口マニホールドを接続する各チャネルが全活性表面の一部を含むクロスフローチャネルについて考える。
【表２】
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【００６７】
膜にわたる流体分布において入口流量規制と出口流量規制が対を成しているので、マニホールドとチャネル内の膜にわたる全流量規制との関係は、マニホールドでの流量規制をチャネルを通る膜クロスフロー流量規制で割った商となり、１５．２％となる。この相対流量規制により、その内部体積が本発明のシート状膜脱ガスモジュールの開放体積よりもはるかに大きい、管類を用いた脱ガス器の性能と一致又はそれを上回る脱ガス性能が得られる。全内部体積が２５０マイクロリットルの本発明の脱ガスモジュールと、内部体積が１．１ｍＬの管類から製造された脱ガス器とを比較すると、本発明の流れ分布によって得られた脱ガス効率によれば、従来の管類による脱ガス器とは少なくとも性能が同じでありながら、体積（０．２５ｍｌ対１．１ｍＬ）と流れ抵抗（５．３ｈＰａ対１１．２ｈＰａ）が大幅に減少した脱ガス器が可能となることが分かる。
【００６８】
例２：１４５平方ｃｍの表面積の複合膜により、１００ｍＬ／分で水の脱ガスを行った。
流れ抵抗の計算
【表３】
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【００６９】
例示の脱ガスシステムを流れる水からの酸素除去効率は、液相流体入口と液相流体出口の位置は、脱ガス効率に影響を与えないことを示している。従って、第２流れ場での膜表面にわたる流量規制が入口及び出口マニホールド（第１及び第３流れ場）における流量規制よりも大きいという原理が、関連するマニホールドへの液相流体入口点の相対位置とは無関係であることが証明される。
【００７０】
このような相対流量規制の基本理念は、流れる流体が両面流体プレートの一つの面の流体トラックに導入され、膜にわたって分配され、内部流体トラックへ回収され、分布流体トラック内の流体プレートの第２面へと、ひいては第２膜をわたって出口流体トラックへと搬送されるといった、複数の膜システムの設計も可能にする。
【００７１】
例３：両面流体分布
図１２Ａ〜１２Ｄに、流体が液相流体入口４２２から脱ガスモジュールに入り、第１流れ場４６２を構成する入口マニホールド４８０内へと進入する両面流体接触プレート４４２を示す。図示の実施例では、入口マニホールド４８０は、入口マニホールド４８０と出口マニホールド４８２間の仕切り板としても機能するランプ状ベース４６３を有する。このベース４６３は、液相流体入口４２２と液相流体出口４２４がほぼ同一平面上となるよう、ほぼランプ状の形状を有していてもよい。このベース４６３については、本発明によれば、傾斜していない構成など、その他の構成が考えられる。入口マニホールド４８０の流体流れは、膜との接触を行うための第１チャネル４６５のアレイから構成された第２流れ場４６４へと分配される。この第２流れ場４６４からの流体流れは、タンク４８４へと送られる。このタンク４８４は、流体を第１部分４８６から第２部分４８８へ流す一つ又は複数の開口４９２を有する仕切り板４９０によって第１及び第２部分４８６、４８８に分割され得る。その後、流体流れは、プレート４４２の反対側の複数の第２チャネル４９４へと分配される。第２チャネル４９４からプレート４４２の第２面にわたって流れる流体は、出口マニホールド４８２で回収されて、液相流体出口４２４から脱ガスモジュール外へ出ていく。
【００７２】
上記例１、２、３で示した脱ガス装置では、膜を支持して、その表面にわたって一様に流体を分配する分配マニホールドと流体移送チャネルの使用について明示されている。マニホールド流量規制とクロス膜チャネル流量規制との間の前述の関係はまた、より少量ではあるが、管状膜を使用する接触器と同様の脱気動作を引き起こすことが示されている。本発明に記載されたこの流体分配手段及びその関係は、接触表面積の確立された設計なしに、入口及び出口の多くの異なる構成及び位置を可能にする。これらの規定は、流量規制に関する様々な必要性を満たすために、マニホールドとクロス膜チャネルとの両方の寸法の調整を可能にする。
【００７３】
特許法に従うために、そして新しい原理を適用し、必要に応じて本発明の実施例を構築使用するのに必要な情報を当業者に提供するために、本発明をかなり詳細に説明した。しかしながら、本発明は特別な種々の装置により実施可能であること、そしてさまざまな変更も本発明の範囲から逸脱することなく可能であることが理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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