(57)【要約】細長い流体脱気装置は、液体システムの部品を流動的に接続し、同時に、流体の脱気を行う又は流体の再脱気を防ぐ流体移送ラインとして採用できる。この流体移送ライン脱気装置は、シェルチェンバの中心に半透過性分離膜を配置する１つ以上のスペーサ部材によってシェル側の流体の流れを円滑にしたシェル・チューブ型脱気構造を形成する。この脱気装置は、処理流体の気液分離が行われる気体透過性かつ液体不透過性の接触面を与える１つ以上の管状分離膜を備えていてもよい。
2017532198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟性及び液体不透過性の外側ジャケットであって、前記ジャケットの中心軸線に沿ってジャケットチャンバを画成する内面を有し、前記ジャケットチャンバへの入口開口及び前記ジャケットチャンバへの出口開口を有し、且つ、少なくとも２：１のアスペクト比を有する外側ジャケットと、
共通軸線方向長さに沿って前記ジャケットチャンバ内を軸線方向に延在している管状膜であって、第１開口端を有し、前記中心軸線とほぼ平行な内腔軸線をもつ内腔を画成し、前記ジャケットチャンバと前記内腔との間に気体透過性及び液体不透過性のバリアを形成している管状膜と、
前記膜を前記ジャケットの前記内面のチャネル領域から間隔を置いて保持し、径方向間隙が前記膜と前記ジャケットの前記内面の前記チャネル領域との間で径方向に画成されるように、前記共通軸線方向長さのほぼ全長に沿って、前記ジャケットチェンバ内に前記膜と前記ジャケットとの間に径方向に介在した１つ以上のスペーサ部材と
を備える細長い流体脱気装置。
【請求項２】
流体流入口を前記径方向間隙に前記ジャケットの前記入口開口を介して流動的に接続し、且つ、前記内腔を気体流路に前記管状膜の前記第１開口端を介して流動的に接続している第１結合部を備える請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項３】
流体流出口を前記径方向間隙に前記ジャケットの前記出口開口を介して流動的に接続している第２結合部を備える請求項２に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項４】
前記１つ以上のスペーサ部材は、前記中心軸線を中心に螺旋状に配置されている、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項５】
前記中心軸線を中心に周方向に間隔を置いて配置され、前記中心軸線とほぼ平行に延在している複数のスペーサ部材を備える請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項６】
前記１つ以上のスペーサ部材は、前記外側ジャケットと一体の同時押出体である、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項７】
前記１つ以上のスペーサ部材は、前記管状膜と一体の同時押出体である、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項８】
前記共通軸線方向長さに沿って前記ジャケットチャンバ内を軸線方向に延在している複数の管状膜を備える請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項９】
前記管状膜は非多孔質である、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項１０】
前記外側ジャケットは、ほぼ円形の断面を有する管状である、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項１１】
前記径方向間隙は、５０〜５００マイクロメートルである、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項１２】
前記径方向間隙は、前記共通軸線方向長さ全体にわたってほぼ均一である、請求項１１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項１３】
前記１つ以上のスペーサ部材は、前記共通軸線方向長さの全長に沿って連続的に延在している、請求項１に記載の細長い流体脱気装置。
【請求項１４】
液相流体の脱気方法であって、
（ａ）請求項３に記載の細長い流体脱気装置を設ける工程と、
（ｂ）前記気体流路に沿って前記管状膜の前記第１開口端を介して前記内腔を空にする工程と、
（ｃ）前記流体流入口を介して前記液相流体を移動させて前記ジャケットチャンバ内の前記膜に接触させる工程と、
（ｄ）前記流体流出口を介して前記ジャケットチャンバから前記液相流体を排出する工程と
を含む方法。
【請求項１５】
液相流体の脱気方法であって、
（ａ）請求項３に記載の細長い流体脱気装置を設ける工程と、
（ｂ）前記気体流路に沿って前記内腔を介してスイープガスを流す工程と、
（ｃ）前記流体流入口を介して前記液相流体を移動させて前記ジャケットチャンバ内の前記膜に接触させる工程と、
（ｄ）前記流体流出口を介して前記ジャケットチャンバから前記液相流体を排出する工程と
を含む方法。
【請求項１６】
液相流体の脱気を行うための脱気システムであって、
液相流体源と、
外側ジャケットであって、前記外側ジャケットの中心軸線に沿ってジャケットチャンバを画成する内面を有し、前記ジャケットチャンバへの入口開口及び前記ジャケットチャンバへの出口開口を有する外側ジャケット、
前記ジャケットチャンバ内を軸線方向に延在し、第１開口端を有する管状膜であって、前記中心軸線とほぼ平行な内腔軸線を画成する内腔を有し、前記ジャケットチャンバと前記内腔との間に気体透過性及び液体不透過性のバリアを形成している管状膜、及び
前記膜を前記ジャケットの前記内面のチャネル領域から間隔を置いて保持し、径方向間隙が前記膜と前記ジャケットの前記内面の前記チャネル領域との間で径方向に画成されるように、前記ジャケットチャンバ内に前記膜と前記ジャケットとの間に径方向に介在した１つ以上のスペーサ部材
を含む脱気装置と、
前記液相流体源を前記ジャケットの前記入口開口に流動的に接続している移送チャネルと、
前記外側ジャケットの前記ジャケットチャンバを介して前記液相流体源から前記液相流体を移動させるポンプと、
前記管状膜の前記第１開口端を介して前記内腔を空にするための真空源と
を備える脱気システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
様々な製造プロセス及び／又は分析プロセスにおいて、液体から混入ガスを取り除くことは重要な作業である。液体の脱気が広く用いられるプロセスの例としては、液体クロマトグラフィー用途がある。溶存ガスの存在がその用途の機能性や精度に干渉する場合があるそのような用途では、溶存ガスの存在が望ましくないことがある。
【０００２】
液体クロマトグラフィーの場合、例えば、クロマトグラフィーの移動相から溶存空気を低減することは、システム流量を安定させ、それによりＨＰＬＣシステムによって分離された化合物を正確に特定する上で非常に重要であることがこれまで長い間知られてきた。移動相の溶存ガスは気泡の形態で現れることもあり、その気泡がクロマトグラフ検出器においてノイズやドリフトを引き起こすことがある。また、気泡が存在することで、検出器に誤った吸収シグネチャーを引き起こすことがある。
【０００３】
数多くのプロセスを成功させる上で、液体材料の脱気は必要不可欠であり、その結果、様々な脱気システムや脱気方法がこれまで採用されてきた。技術としては、脱気対象の流体の加熱や沸騰、材料の減圧環境や真空への曝露、流体中の溶存ガス量を低減するための熱と真空の併用が挙げられる。分離膜を介した真空脱気は以前から知られ、一般的に、真空減圧下に保持された密閉チャンバ内に含まれる一本の、直径が比較的小さく、薄肉で半透性の合成高分子バリアが用いられる。脱気対象の流体は、通常、管状膜の内腔を流される。このような装置の例が特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に示されている。
【０００４】
クロマトグラフィー器具のそれぞれの部品を機能するように接続する流体移送ラインにおいて流体の脱気を行うためにその他の流体脱気装置が導入されている。そのようなシステムでは、クロマトグラフィー流体を異なる真空チャンバに送って別の脱気段階を行うのではなく、流体移送ラインそのものをチューブ ・イン・チューブの脱気装置として構成してもよい。このような装置の例は、本発明と同じ譲受人に譲渡された特許文献５、特許文献６及び特許文献７に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００５】
このような移送ライン脱気システムは、ある程度の有効性が実証されているが、従来の設計にはある固有の制限がある。例えば、移送ラインは、クロマトグラフシステムの各器具間に適切に介装するために、１回又は複雑に湾曲した構成となるよう屈曲させなければならないことが多い。このように移送ラインを屈曲することで、内側の管状分離膜が移送ラインの中心軸線からそれて、外側ジャケットと接触してしまうことにもなる。そして、このような管状膜の変位が、流体のフローパターンを阻害して、気体移送効率を低下させる。また、従来の装置は、一般的に、液相流体を真空チャンバに配置された管状膜の内腔に流す「チューブ側」脱気を行うために構成されている。このような構成での脱気能力や脱気効率は限られており、液相流体を、管状分離膜の内腔内に設けられる減圧環境やスイープガス雰囲気で、管状分離膜を取り囲むようにチャンバに流す「シェル側」脱気法に比べると劣る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５，３４０，３８４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１８３，４８３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，４３０，０９８号明細書
【特許文献４】米国特許第３，６６８，８３７号明細書
【特許文献５】米国特許第７，７１３，３３１号明細書
【特許文献６】米国特許第７，１４４，４４３号明細書
【特許文献７】米国特許第６，９４９，１３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、１つ以上の管状脱気膜を外側ジャケットのほぼ中心に位置付けるための径方向支持体を提供することを目的とする。この径方向支持体は、管状分離膜の不要な偏りを防ぐことが可能であり、構造的に外側ジャケット内に支持されたより薄肉の管状膜の使用も可能にする。管状膜の壁厚を薄くすることによって、装置全体にかかるコストを大幅に削減することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、液相流体は、関連する流体フローシステムのそれぞれの部品間に延在する異なる移送ラインにおいて操作可能に脱気が行われてもよい。本発明の移送ラインは、細長い外側ジャケットと、この外側ジャケットに画成されたチャンバに配置された１つ以上の管状分離膜とを備える軸方向に配置された個別の脱気ユニットとして構成されてもよい。管状分離膜は、この膜と外側ジャケットの内面との間に径方向に画成された径方向の間隙だけジャケットの内面から間隔を置いて保持されるよう物理的に支持されることが好ましい。この１つ以上の管状分離膜を外側ジャケットの内面から間隔を置いて支持することによって、１つ以上の分離管を中心に一定の液体フロースペースを介してシェル側脱気を効率的かつ反復して行うことが容易になる。
【０００９】
管状分離膜の外側に設けられた支持体により、膜の壁厚の薄肉化を更に容易にすることができ、材料コストの削減と予測される脱気能力の向上が図られる。
【００１０】
一実施例では、本発明の細長い流体脱気装置は、その中心軸線に沿ってジャケットチャンバを画成する内面と、ジャケットチャンバへの入口開口及びジャケットチャンバへの出口開口とを備えた柔軟かつ液体不透過性の外側ジャケットを備える。このジャケットは、少なくとも２のアスペクト比を有する。この細長い流体脱気装置は、中心軸線と同延の共通軸方向長さに沿ってジャケットチャンバ内を軸方向に延在する管状膜を更に備える。この管状膜は、第１開口端を有し、中心軸線とほぼ平行な内腔軸線を画成する。そして、この管状膜は、ジャケットチャンバと内腔との間に気体透過性かつ液体不透過性のバリアを形成する。膜をジャケットの内面から間隔を置いて保持するよう、１つ以上のスペーサ部材が、共通軸方向長さのほぼ全長に沿って、ジャケットチェンバにおける膜とジャケットとの間に径方向に介在する。径方向間隙が、膜とジャケットの内面との間で径方向に画成されている。
【００１１】
幾つかの実施例では、流体流入口と径方向間隙とをジャケットの入口開口を介して流動的に接続し、内腔と気体流路とを管状膜の第１開口端を介して流動的に接続する第１結合部が設けられている。上記装置は、流体流出口と径方向間隙とをジャケットの出口開口を介して流動的に接続する第２結合部を更に備えてもよい。
【００１２】
液相流体の脱気方法は、上記の細長い流体脱気装置を設ける工程と、気体流路に沿って管状膜の第１開口端を介して内腔を空にする工程とを含む。この方法は、流体流入口を介して液相流体を移動させてジャケットチャンバの上記膜に接触させる工程と、その後流体流出口を介してジャケットチャンバから液相流体を排出する工程とを更に含む。
【００１３】
別の液相流体の脱気方法は、上記の細長い流体脱気装置を設ける工程と、気体流路に沿って内腔にスイープガスを流す工程とを含む。この方法は、流体流入口を介して液相流体を移動させてジャケットチャンバの上記膜に接触させる工程と、その後流体流出口を介してジャケットチャンバから液相流体を排出する工程とを更に含む。
【００１４】
また別の実施例では、液相流体の脱気を行うための脱気システムは、液相流体源と、その中心軸線に沿ってジャケットチャンバを画成する内面を有する外側ジャケットを備えた脱気装置とを備え、該ジャケットは、ジャケットチャンバへの入口開口と、ジャケットチャンバへの出口開口を備える。この脱気装置は、ジャケットチャンバに軸方向に延在し、第１開口端を有する管状膜を更に備える。この管状膜は、中心軸線とほぼ平行な内腔軸線を画成する。そして、この管状膜によって、ジャケットチャンバと内腔との間に気体透過性かつ液体不透過性のバリアが形成される。ジャケットチェンバにおいて、膜とジャケットとの間に１つ以上のスペーサ部材が径方向に介在し、膜がジャケットの内面から間隔を置いて保持されている。径方向間隙が、膜とジャケットの内面との間で径方向に画成されている。この脱気システムは、液相流体源とジャケットの入口開口とを流動的に接続する移送チャネルと、外側ジャケットのジャケットチャンバを介して液相流体源から液相流体を移動させるポンプとを更に備える。真空源は、管状膜の第１開口端を介して内腔を空にして、液相流体の脱気を行うための駆動力を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本発明の脱気システムを示した模式図である。
【図１Ｂ】本発明の脱気システムを示した模式図である。
【図２】本発明の脱気装置を示した斜視図である。
【図３】本発明の脱気装置を示した斜視断面図である。
【図４】本発明の脱気装置の一部を示した側断面図である。
【図５】本発明の脱気装置の一部を示した斜視図である。
【図６】本発明の脱気装置の一部を示した斜視図である。
【図７】図６に示す脱気装置の一部を示した端面図である。
【図８】本発明の脱気装置の一部を示した斜視図である。
【図９Ａ】本発明の脱気装置の一部を示した側断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す脱気装置の一部を示した端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、上記に列挙した目的や利点について、本発明に示すその他の目的、特徴及び利点と共に、本発明の考え得る様々な構成を表すことを意図した添付の図面を参照して述べる詳細な実施例に関連して説明する。本発明のその他の実施例及び態様は、当業者の理解の範囲内であるものと見なされる。
【００１７】
本明細書に記載の流体脱気装置は、内部チャンバを画成する外部バリアを備え、チャンバを透過側と未透過側に分けるほぼ管状の分離膜が配置されている。チャンバの未透過側は、装置の入口から出口への流体流路に沿って流体と膜との接触が行われるよう構成されている。脱気環境はチャンバの透過側に設けられ、流体から膜を介して対象の気体を運ぶ駆動力が生成される。ポンプによって装置の排出口を介してチャンバの透過側を空にすることで、脱気環境を減圧状態としてもよい。
【００１８】
本明細書においては、「流体」という用語は、力が加えられて流れることができる任意の物質を意味し、液体、気体及びその組み合わせを含む。この流体は、流体フローとの少なくとも部分的な境界を画定するチャネル、間隙、壁及びその他の構造体に沿って脱気装置を通る流体流路に沿って誘導されることが好ましい。
【００１９】
図１Ａ、図１Ｂに流体脱気システム１０を模式的に示す。このシステム１０は、液相流体を１つ以上のリザーバ１４から搬送路１６に沿ってクロマトグラフィーカラム１８へと移動させる流体ポンプ１２を備える。一般に、液相流体の測定は、バルブ２０を介して行われる。移送ライン脱気装置２２は、液相流体から気体を取り除く、及び／又は、環境からの液相流体の再脱気を防ぐよう作動してもよい。以下に更に詳細に説明するように、脱気装置２２は、流体に含まれる液体から気体を分離するための１つ以上の膜を備える。流体搬送流路１６により、流体は脱気装置２２の流体流入口２４から脱気装置２２を通って脱気流路に沿って流体流出口２６へと移動する。液体であってもよい処理済み流体又は気体濃度が減少した流体は、注入バルブ、クロマトグラフィーカラム１８又はその他のクロマトグラフ装置などの用途に適した下流の装置へと出力される。
【００２０】
流体脱気システム１０は、脱気装置２２内のチャンバの透過側を空にするための真空ポンプ３０を備えていてもよい。真空ポンプ３０は、チャンバの透過側に開口する脱気装置２２のポート３２に流動的に接続されている。制御装置３４は、真空ポンプ３０と流体ポンプ１２のいずれか一方又は両方、並びに、脱気装置２２内のチャンバの透過側にある圧力センサ３６に通信可能に接続されている。圧力センサ３６は、真空ポンプ３０と流体ポンプ１２のいずれか一方又は両方を調整可能に作動させる信号を制御装置３４に送ることができ、流体流量と脱気装置２２の透過側環境が所望のバランスに保たれる。
【００２１】
図１Ｂの実施例では、異なる流体リザーバ１４ａ〜１４ｃから複数の異なる流体搬送流路１６ａ〜１６ｃが設けられてもよい。特定の用途では、分析に複数の異なる流体が必要となり、クロマトグラフィーカラム１８やその他の下流部品へと搬送される前に各流体の脱気を行うことが好ましい。この場合、それぞれの異なるリザーバ１４ａ〜１４ｃから引き出された流体と、定量バルブ２０へと流される得られた脱気流体との脱気には、複数の移送ライン脱気装置２２ａ〜２２ｃが採用されてもよい。単一の真空ポンプ３０を用いるには、真空マニホールド３１によって、ぞれぞれの脱気装置２２からの個々の排気ラインを接続してもよい。このように、真空ポンプ３０と個々の移送ライン脱気装置２２との間に真空マニホールドを介在させてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の脱気装置２２の一実施例を示す。脱気装置２２は、液相流体流入口４２と液相流体流出口４４とを備えた流水式の細長い移送ライン脱気装置として構成されることが好ましい。第１ポート４６は、脱気装置２２内のチャンバの透過側を空にするための真空ポンプ３０などのポンプに流動的に接続されてもよい。第１ポート４６によって、気体が脱気装置２２を搬送される気体流路４７の一部が画成される。真空ポンプ３０に流動的に接続されると、気体がポート４６を介して脱気装置２２から排出される。幾つかの実施例では、第２ポート４８によって、気体流入口などの気体流路４７の一部が形成される。第２ポート４８から気体流路４７に沿って流れる気体には、空気などのメイクアップガス、もしくは、膜一面に脱気駆動力を生じさせる窒素、ヘリウム又はその他のガスなどのスイープガスが含まれてもよい。流体脱気システム１０などのシステムへの脱気装置２２の設置にはレセプタクル５０が有用である。
【００２３】
図３に、管状の半透過性分離膜５６が外側ジャケット５２によって画成されたジャケットチャンバ５４に軸方向に延在する脱気装置２２の断面図を示す。第１結合部６０によって、液相流体が膜の未透過側と接触するための、並びに、分離された気体が膜の透過側から取り除かれるための流体経路や接続部が設けられることが好ましい。幾つかの実施例において、第１結合部６０は、液相流体との接触に適した不活性物質から成型又は鋳造によって得られた単体である。図４に第１結合部６０を拡大断面図で示すように、第１流体ラインレセプタクル６２は脱気装置６２の流体流入口４２として機能し、流体管はレセプタクル６２に螺着可能に又はその他の方法で収容されてもよく、流体は流体管から液相流体チャネル６４へと流体流路６６に沿って搬送される。この流体流路６６は、図１にも流体搬送流路１６の一部として模式的に示されている。
【００２４】
第１ポート４６は、有刺取付具６８に設けられた開口部であってもよく、とげ端部７０は、気体を、例えば、真空ポンプ３０へと搬送するためのホース又はその他の導管の内腔に保持可能に固定されてもよい。有刺取付具６８によって、気体流路４７の一部を形成するチャネルが画成される。有刺取付具６８は、結合部６０の第１接続レセプタクル６３に直接螺着可能に収容されてもよく、又は、図４に示すように、軸受フランジ６９や有刺取付具６８に対して支えるナット７４で第１接続レセプタクル６３に固定されてもよい。このように係合することで、管状膜を第１結合部６０に固定してもよく、弾性フェルール７６が、第１接続レセプタクル６３に螺着可能に収容されたナット７４の力を受けて、膜５６を中心に第１結合部６０の当接面７８に対して押し付けられる。従って、フェルールは、流体流路６６に沿って流れる液相流体がチャネル７２に侵入しないよう、かつ、第１ポート４６から流出しないよう、膜５６を所定の位置に固定し、閉鎖チャネル７２を密閉するように機能する。
【００２５】
第２接続レセプタクル８０には、外側ジャケット５２が第１結合部６０に同様に固定されてもよく、ナット８２が第２接続レセプタクル８０に螺着可能に係合されて、弾性フェルール８４が外側ジャケット５２を中心に第１結合部６０の当接面７８に対して押し付けられてもよい。フェルール８４に対するナット８２の力は、その一部が外側ジャケット５２に対して伝達され、それによって、外側ジャケット５２が第２接続レセプタクル８０に固定される。外側ジャケット５２は、同様の部品や方法を用いて、第２結合部６１に固定されてもよい。幾つかの実施例では、第２結合部６１は、第１結合部６０とほぼ同じである。図５に第１結合部６０のみを示す。
【００２６】
外側ジャケット５２は、外側ジャケット５２の中心軸線１０６に沿ってジャケットチャンバ１０４を画成する内面１０２を備える。外側ジャケット５２の入口開口１０８がジャケットチャンバ１０４に開口し、外側ジャケット５２の出口開口１１０がジャケットチャンバ１０４に開口する。１つの繋がったチャンバ１０４が入口開口１０８と出口開口１１０との間に形成されてもよい。外側ジャケット５２は、リザーバ１４と流体ポンプ１２との間など、液体システムの段階から段階へと液相流体を搬送するための導管として機能する細長い構造体であることが好ましい。従って、外側ジャケット５２は、少なくとも２：１のアスペクト比を有していればよい。これは、外側ジャケット５２の長さ１１２の外側ジャケット５２の幅又は直径１１４に対する比として定義される。外側ジャケット５２は、一般的には、少なくとも５：１、幾つかの実施例では、少なくとも１０：１のアスペクト比を有していればよい。
【００２７】
ジャケットチャンバ１０４には、膜５６が共通軸方向長さ１１６に沿って軸方向に延在している。本明細書においては、「共通軸方向長さ」という用語は、膜５６がジャケットチャンバ１０４に配置される中心軸線１０６に沿った長さを意味する。典型的な実施例では、膜５６が外側ジャケット５２の全長１１２に沿って連続的に延在してもよく、その場合、共通軸方向長さ１１６は、外側ジャケット５２の長さ１１２とほぼ同じ長さとなる。しかしながら、その他の実施例では、外側ジャケット５２の長さ１１２は、共通軸方向長さ１１６よりも長くてもよい。
【００２８】
膜５６は、少なくとも２：１のアスペクト比を有するよう管状に細長い形状であることが好ましい。しかしながら、膜５６は、ジャケットチャンバ１０４を、液相流体が膜５６と接触する未透過側と、流体からの気体の分離が行われる透過側とに分けるその他の構成を取ることも考えられる。そのような別の構成の一例としては、ジャケットチャンバ１０４を未透過側と透過側とに分けるほぼ平面状の膜がある。
【００２９】
図示の実施例では、膜５６は、管状の形状を有し、ジャケットチャンバ１０４の軸方向に延在する。この管状膜５６は、第１開口端１１８を有し、中心軸線１０４とほぼ平行な内腔軸線１２２を有する内腔１２０を画成し、中心軸線１０４とほぼ同延であってもよい。このように、膜５６は、外側ジャケット５２内にほぼ同軸線に及び／又は同心円状に延在し、ジャケットチャンバ１０４において膜５６と外側ジャケット５２との間に径方向に介在する１つ以上のスペーサ部材１３０によって、ジャケットチャンバ１０４において外側ジャケット５２と相対的な位置に支持されればよい。
【００３０】
上記の配置例において、内腔１２０は、膜５６の開口端１１８と真空ポンプ３０との間の流体接続によって、膜５６の開口端１１８を介して真空にすればよい。上述のように、このような流体接続は、第１結合部６０において実現されてもよい。内腔１２０は、真空になると、膜５６と外側ジャケット５２の内面１０２との間に、チャンバの未透過側で膜５６と接触する液相流体の脱気を行うための駆動力を与える。ヘンリーの分圧の法則は分離駆動力を規定し、膜５６の未透過側でジャケットチャンバ１０４を流れる液相流体に混入された気体は、半透過性膜５６を通って、内腔１２０の比較的低い分圧環境へと引き込まれる傾向にある。こうして、膜５６を介して液相流体から内腔１２０へと引き込まれた気体は、例えば、真空ポンプ３０を原動力に開口端１１８を介して内腔１２０から除去される。
【００３１】
拡散気体は、また、又はその代わりに、スイープ流体と共に膜５６の内腔１２０から排出されてもよい。ある特定の実施例では、環境大気や異なる流体が内腔１２０から引き込まれ、第１開口端１１８を介して拡散気体を運び去り、場合によっては、膜５６を介した溶剤のパーベーパレーションにより、内腔１２０内で溶剤が凝縮することを防ぐよう、第２開口端１１９が膜５６に設けられてもよい。その他の実施例では、管状膜５６が第１開口端１１８でのみ開口するように、端部１１９は閉じられてもよい。
【００３２】
スイープ流体は、気体状又は液体状であればよく、脱気対象の液相流体と隣接して流れることが好ましいが、分離膜５６の壁によって分離される。幾つかの実施例では、このようなスイープ流体は、液体脱気の効率が向上するように、脱気中の液相流体の流れる方向とは反対方向に流れる。液相流体の脱気を効率的に行うために、スイープ流体は、液相流体から機能するよう取り除かれる対象のガス種に対して、比較的低い分圧（気体）や濃度（液体）を有することが好ましい。
【００３３】
図示の実施例については、脱気対象の液相流体が液相流体流入口４２を通り、流体流路６６に沿ってジャケットチャンバ５４へと移動し、膜５６の未透過側で接触してもよい。スイープ流体は、第２結合部６１の第２ポート４８を介して装置２２へと搬送された後、膜５６の第２開口端１１９へと搬送されてもよい。スイープ流体の流れは、反対に、膜５６の内腔１２０では装置２２を移動し、最終的に第１開口端１１８と第１結合部６０のポート４６から装置２２を出て行くように移動する。
【００３４】
第１流体と第２流体のうちのいずれか１つの指定の流体において機能するよう脱気が行われる対象ガス濃度は、対象気体の移動が１つ以上の半透過性膜５６を介して行われるために、受け取る流体よりも指定の除去流体の方が高くなければならない。例えば、対象気体がジャケットチャンバ５４の管状膜５６の周りを通る液相流体から取り除かれる場合、内腔１２０を通る第２流体の対象ガス濃度は、第１液相流体よりも低くなければならない。このような条件が満たされていれば、スイープ流体によって少なくとも第１液相流体に混入されたガスの一部が取り除かれる。
【００３５】
本発明によれば、１つ以上の液相流体の脱気を行う本明細書に記載の装置は、そのような流体の再脱気を防止するのにも利用することも考えられる。例えば、すでに実質的に脱気が行われた流体は、共通軸方向長さ１１６に関して、ジャケットチャンバ１０４を通される液相流体が不要なガス状成分又は少なくともその不要な濃縮物を吸収しないように脱気装置２２を移動すればよい。このことは、事前に脱気された流体の移送が、移送元から移送先へとその中のガス状成分を吸収せずに行われる必要がある場合に重要である。よって、本発明の装置によれば、チャンバの透過側の減圧環境はガス状成分が液相流体流に侵入できないようにするため、再脱気のリスクを伴わずに上記のような事前に脱気された流体の移送が可能となる。このように、本発明の装置は、移送ライン装置において流体の脱気を行う及び／又はそのような流体の再脱気を防止するのに利用可能な流体処理装置と称することもできる。
【００３６】
外側ジャケット５２は、液体不透過性を有し、ジャケットチャンバ１０４を介して液相流体の収容と搬送を行う。外側ジャケットは、液体と気体に対してほぼ不透過性であればよく、その気体透過性は、ジャケットチャンバ１０４の複数の膜５６全体の気体透過性を含む、膜５６全体の気体透過性より低くてもよい。外側ジャケット５２に有用な材料の例としては、テフツェル（登録商標）（Ｔｅｆｚｅｌ）（変性ＥＴＦＥ）、ＰＥＥＫ、ＦＥＰ、ＰＦＥ、タイゴン（登録商標）（Ｔｙｇｏｎ）（オハイオ州アクロンのサンゴバン機能樹脂事業部から入手可能な高分子材料）などが含まれる。外管５２は、液相流体との不要な反応及び／又は汚染を避けるように、液相流体へと挿入するのが好ましい。また、外管５２は、外管５２にほぼダメージを与えることなく、移送ライン装置を容易に操作できるよう、柔軟であることが好ましい。このように、移送ライン装置の幾つかの実施例は、ユーザによって、所望の用途に一番合うよう様々な構成へと操作が可能である。
【００３７】
膜５６は、ジャケットチャンバ１０４（未透過側）と内腔１２０との間に気体透過性かつ液体不透過性のバリアを形成する１つ以上の管類の形状を有していればよい。そのため、膜５６は、気体は通すが液体はほぼ通さない「半透過性」であることが好ましい。幾つかの好適な実施例では、膜５６は非多孔質であり、平均自由行程によるクヌーセン拡散機構ではなく、溶液拡散機構による成分の輸送を可能にする。膜５６は、１つ以上の層を有する又は複合形態を有する１つ以上の材料から形成されてもよい。半透過性膜５６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、アモルファスフルオロポリマー（デラウェア州ウィルミントンにあるイー・アイ・デュポン・ドゥ・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）、その他の高分子材料及び非高分子材料が含まれる。分離膜は、特定のガス種に対しては既知の透過度を有し、また、既知の選択値を有するものとして、ある特定の用途に適任である。
【００３８】
スペーサ部材１３０は、共通軸方向長さ１１６のほぼ全長に沿って、ジャケットチャンバ１０４の膜５６と外側ジャケット５２との間に径方向に介在し、膜５６が外側ジャケット５２の内面１０２から間隔を置いて保持されている。スペーサ部材１３０によって、径方向間隙１３２が膜５６と外側ジャケット５２の内面１０２との間に径方向に画成されている。スペーサ部材１３０は、ジャケットチャンバ１０４に軸方向に、かつ、中心軸線１０６を中心に周軸方向に間隔を置いて配置された別個の部材であればよく、それによって、膜５６がジャケットチャンバ１０４の比較的径方向の中央に位置するよう保持される。その他の実施例では、この１つ以上のスペーサ部材１３０は、外側ジャケット５２及び／又は膜５６のいずれか一方又は両方と一体に形成されてもよい。図６、図７に示す実施例では、複数のスペーサ部材１３０が、中心軸線１０６を中心に周軸方向に間隔を置いて配置され、中心軸線１０６とほぼ平行に延在している。本実施例では、スペーサ部材１３０は、外側ジャケット５２と一体の同時押出体であり、スペーサ寸法１３４だけ外側ジャケット５２の内面から概ね径方向内側へ延在する突起部又は「リブ」を形成する。スペーサ寸法１３４は、外側ジャケット５２の形成後に、ダメージを与えるような摩擦力や衝撃力を生じさせずに、膜５６がジャケットチャンバ１０４に挿入される間隙１３２とほぼ同じかそれよりわずかに小さければよいものと考えられる。各スペーサ部材１３０は、膜５６をジャケットチャネル１０４の所望の位置に保持するため、同じスペーサ寸法１３４を有していてもよく、もしくは、それぞれ異なるスペーサ寸法１３４を有していてもよい。幾つかの実施例では、スペーサ部材１３０は、内腔軸線１２２を中心軸線１０６とほぼ同軸線とした状態で、膜５６をジャケットチャンバ１０４内で同軸線上に位置付けるよう構成され配置されてもよい。このようは配置では、流体チャネル１３６がジャケットチャンバ１０４の膜５６を中心に形成され、液相流体が膜５６に接触した状態でジャケットチャンバ１０４を流れる。場合によっては、各流路１３６が、それを通る液相流体への流量制限がほぼ等しくなるように、ほぼ同じ形状と長さを有し、かつ、その形状と長さが均一であってもよい。膜５６と外側ジャケット５２の内面１０２のチャネル領域１３８との間には間隙１３２が設けられ、内面１０２のチャネル領域１３８が流路１３６における内面１０２の一部として定義される。このようなチャネル領域１３８は、通常、隣接するスペーサ部材１３０間に周軸方向に設けられればよい。
【００３９】
本発明の一態様は、間隙１３２の寸法、特に、外側ジャケット５２の内面１０２と分離膜５６との間隔寸法を制御することである。本出願人は、間隙１３２や上記分離間隔を制御することによって、流水式の脱気装置２２の脱気能力を劇的に向上することが可能であることを見出した。管状分離膜５６をジャケットチャンバ１０４に正しく位置付けるのを助けるために、１つ以上のスペーサ部材１３０をジャケットチャンバ１０４に配置し、少なくとも外側ジャケット５２の内面１０２と管状分離膜５６との間の所定の間隔を支持及び／又は維持してもよい。幾つかの実施例では、スペーサ部材１３０が外側ジャケット５２に接続され、内面１０２から上記所定の間隔とほぼ同じスペーサ寸法１３４だけ延在している。その他の実施例では、図８に示すように、１つ以上のスペーサ部材１５０が管状膜５６に接続され、外面５７からスペーサ寸法１５４だけ延在してもよい。この実施例では、スペーサ部材１５０は、管状膜５６と一体の同時押出体であってもよい。
【００４０】
脱気効率を向上するには、気体の輸送抵抗を低減しなければならない。膜の真空脱気を行う用途では、輸送抵抗は、主に、液相と膜から導かれる。液相の輸送抵抗を低減するには、間隔１３２（溶剤深さ）を小さくする。しかしながら、間隔１３２が小さくなると、ジャケットチャンバ１０４を通る液相流体の流れ抵抗が増大し、製造可能性に問題が生じることもある。そのため、間隔１３２の大きさを縮小する作業は、チャネル領域１３８において膜５６と内面１０２との間に十分な間隔を保って、ジャケットチャンバ１０４を流れる液相流体の圧力低下がそれに応じて増大することを制限しつつ、バランスを保って行われることが好ましい。液相への局所的混合を行うなど、液相抵抗の低減に役立つその他の具体的な構成を採用してもよい。
【００４１】
流体チャネル１３６におけるジャケットチャンバ１０４に沿った圧力低下の算出には、ダルシー・ワイスバッハの式を用いる。
2017532198.tif 000003
ここで、Δｐ＝摩擦による圧力低下
Ｌ＝共通軸方向長さ１１６に沿ったジャケットチャンバ１０４の長さ
Ｄ＝共通軸方向長さ１１６に沿ったジャケットチャンバ１０４の水力直径
ρ＝流体密度
Ｖ＝流れの平均速度
ＦＤ＝ダルシー摩擦係数
【００４２】
フローパターン（Ｄ＝Ｄ１-Ｄ２＝２ｌ）（Ｄ１は大きい方のシリンダＩＤ、Ｄ２は小さい方のシリンダＯＤ、ｌは間隔）の環状形成を考慮すると、圧力低下は以下のようになる。
2017532198.tif 000004
【００４３】
このように、圧力低下は、間隔１３２の３乗に反比例する。本出願人は、間隔１３２の適切な寸法は、チャネル領域１３８における分離膜５６と外側ジャケットの内面１０２との間の径方向の間隔として導かれるものと判断した。このような間隔は、スペーサ部材１３０、１５０のそれぞれのスペーサ部材寸法１３４、１５４によって制御されてもよい。また、本出願人は、スペーサ部材寸法１３４、１５４が５〜５００マイクロメートルであることが好ましいと判断した。このスペーサ部材寸法１３４、１５４が、実際のチャネル領域１３８における外側ジャケット５２の内面１０２からの膜５６の間隔とは完全に一致しないかもしれないが、スペーサ部材１３０、１５０の存在や寸法によって、このような間隔の径方向の寸法が好ましいものとなり、低減と気体輸送抵抗とのバランスが保たれ、ジャケットチャンバ１０４を介して圧力低下が増大する。
【００４４】
なお、間隔１３２は、液相流体が分離膜１５６の未透過側と接触して流れるチャネルやその他の流域として定義されてもよい。スペーサ部材１３０、１５０は、管状分離膜５６とその径方向に隣接する面との間に所望の間隔を維持するのに有効な様々な構造体の例である。このような径方向の間隔によって、流体流路が管状分離膜５６の径方向外側に設けられる。このような流路が設けられることで、分離膜への気体の液相輸送抵抗が低減され、スペーサ寸法が較正されることで、圧力低下の有用パラメータ内で上記効果が最大限に発揮されることとなる。
【００４５】
幾つかの実施例では、スペーサ部材１３０、１５０が軸方向に並んだ流路１３６を形成してもよく、本出願人は、このような流路が脱気装置２２の物質移動特性の役に立つと判断した。つまり、隣接するスペーサ部材１３０、１５０間に設けられた流路は、流体流量特性を向上させ、分離膜５６にわたる気体輸送にとって有利となる。一般に、装置２２では、１つ以上のスペーサ部材が用いられ、これらは分離膜５６と外側ジャケット５２との間に配置された別個の部材、内面１０２から延在する外側ジャケット５２の一体部分、又は、分離膜５６の外面５７から外側に延在する一体機能であってもよい。実施例では、これらのスペーサ部材の中から１つ以上の種類のスペーサ部材を所定の用途に用いればよい。図示のスペーサ部材１３０、１５０はそれぞれの面からほぼ径方向に延在しているが、スペーサ部材は、加えて、又は、代わりに、径方向には配置されずに設けられてもよいものと考えられる。
【００４６】
図９Ａ、図９Ｂにはまた別のスペーサ部材１３０の配置が示されている。ここでは、スペーサ部材１３０が中心軸線１０６を中心に螺旋状に配置されていてもよい。この配置では、流路１３６が、螺旋状に巻きつけられたスペーサ部材１３０によって誘導された分離膜５６を中心に螺旋状に延びている。このような配置は、ジャケットチャンバ１０４を介して液相流体の接触流路が伸ばされるため、特に好ましい。
【００４７】
１つ以上のスペーサ部材１３０、１５０は、分離膜５６をジャケットチャンバ１０４の所望の位置に、好ましくは中心軸線１０６に沿ってほぼ中央に配置するよう用いられればよいものと考えられる。スペーサ部材１３０が占める容量、並びに、膜５６の外面５７に覆われる表面積を最小限に抑えるため、スペーサ部材１３０は、膜５６と外側ジャケット５２の内面１０２との所望の間隔を維持するための構造強度は保ちつつもできるだけ薄くすることが好ましい。このようなバランスを実現するため、スペーサ部材１３０は様々な構成で形成されればよく、その断面形状の例としては、長方形、三角形、楕円形、半円形、及び、その他の有用な形状が含まれる。更に、分離膜５６を外側ジャケット５２から所望の間隔に保持するために、十分な数のスペーサ部材１３０が用いられればよいと考えられる。その配置の例としては、中心軸線１０６を中心に螺旋状に延在する螺旋状に形成されたスペーサ部材１３０を１つだけ設ける配置、このような螺旋状に形成されたスペーサ部材１３０を２つ以上設ける配置、中心軸線１０６を中心に周軸方向に間隔を置いて配置され、中心軸線１０６とほぼ平行に軸方向に延在するスペーサ部材１３０を３つ以上設ける配置が含まれる。スペーサ部材１３０、１５０は、共通軸方向長さ１１６に沿って連続的に延在しても不連続的に延在してもよいものと考えられる。
【００４８】
特許法に準拠するために、また、新規な原理を適用して、必要に応じて本発明の実施例を構築して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ここで説明した。しかしながら、本発明は様々な方法や装置で実行することができ、種々の変更を本発明そのものの範囲から逸脱することなく行うことができることが理解されよう。
【図１Ａ】
2017532198.tif 000005
【図１Ｂ】
2017532198.tif 000006
【図２】
2017532198.tif 000007
【図３】
2017532198.tif 000008
【図４】
2017532198.tif 000009
【図５】
2017532198.tif 000010
【図６】
2017532198.tif 000011
【図７】
2017532198.tif 000012
【図８】
2017532198.tif 000013
【図９Ａ】
2017532198.tif 000014
【図９Ｂ】
2017532198.tif 000015
【国際調査報告】
2017532198.tif 000016