包含热交换器的串联型泵的制作方法

专利名称：包含热交换器的串联型泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵单元，并且涉及流体分离系统，所述流体分离系统用于分离流动相 中的样品流体的化合物。本发明还涉及操作泵单元的方法，所示泵单元包含初级活塞泵和 以流体连通方式串联连接的次级活塞泵。
背景技术：
GB 276612A和US 259034IA公开了用于气体压缩的串联泵，其中，在所述泵之间 进行气体的冷却。US 6627075B1公开了在HPLC柱中制备液体的体积流。国际专利申请WO 2006017121描述了用于高压泵的反馈控制环，其改变了溶剂转 运(transfer)过程中的蓄压器速度和压力。蓄压器速度被调节来将系统压力保持为等于 预期压力，从而消除由热效应导致的流动不足的效果。国际专利申请WO 2006103133A1涉及用于在计量装置中控制活塞运动的方法。该 方法包括通过驱动计量装置的活塞来供应流体，其中流体的压缩或膨胀导致相应的温度变 化。该方法还包括将校正运动叠加到活塞运动上，该校正运动至少部分地补偿由温度变化 引起的流体的热膨胀和收缩中的至少一者。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的泵单元，其包括以流体连通方式串联连接的 初级活塞泵和次级活塞泵。该目的由独立权利要求记载的技术方案解决。从属权利要求示 出了进一步的实施方式。根据本发明各种实施方式的泵单元包括初级活塞泵、次级活塞泵以及适用于以流 体连通方式串联连接所述初级活塞泵和所述次级活塞泵的流动通路。所述流动通路包含热 交换器，其中，由所述初级活塞泵供应的流体在被供应到所述次级活塞泵之前通过所述热 交换器，并且所述热交换器适用于减小所述流体的温度与所述次级活塞泵的温度之间的温度差。在现有技术的泵单元中，在供应到次级活塞泵的流体流中发生温度变化。例如，在 初级活塞泵的操作期间，初级活塞泵中的一定体积的流体可能受到压缩和膨胀，相应地，该 流体可能受热或冷却。这些温度变化可能导致相应的体积变化，所述体积变化导致由泵单 元供应的流体流中的扰动。在现有技术的泵单元中，依赖于泵系统的结构，可以存在多种不同的用于平衡在 系统中发生的温度变化的温度驰豫过程。一般来说，数种具有不同时间常数的温度驰豫过 程对拉平流体的任何温度变化都有贡献。总的温度驰豫的时间行为可能依赖于多种不同参 数，包括活塞泵和流体管道的几何性质和材料性质、热容、导热率尤其是流体本身的导热率 等等。因此，难以了解给定系统中的温度驰豫过程。通过在初级活塞泵和次级活塞泵之间的流动通路中设置热交换器，消除了流体流中的任何类型的温度变化。当将流体以比自然冷却的时间常数更快地驱动通过热交换器 时，那么驰豫过程基本由将流体从初级活塞泵传输到次级活塞泵的主动驱动过程的时机所 控制。在下面，该过程将被称为传输-填充阶段。这样，不管在热交换器的上游发生哪种类 型的温度变化，热交换器都适于实施良好受控的温度驰豫过程。例如，热交换器可以在用于 传输-填充阶段的时间内使得流体流达到预定温度。因此，在热交换器上游发生的温度驰 豫变化不会影响流体系统的位于热交换器下游的那些部分。热交换器能够消除或减小热交换器上游所发生的温度变化。结果，温度引起的体 积变化也被消除或减小。因此，流体流被稳定，并且在泵单元的出口处提供了精确计量的流量。根据优选实施方式，热交换器适用于基本上使得由所述初级活塞泵供应的所述流 体在所 述流体被供应到所述次级活塞泵之前达到预定温度。因此，在传输_填充阶段期间， 在热交换器的上游已发生的任何温度变化被消除，并不会影响热交换器下游的系统行为。根据优选实施方式，热交换器适用于基本上使得由所述初级活塞泵供应的所述流 体达到所述次级活塞泵的温度。例如，热交换器可以被热耦合到次级活塞泵。因此，防止了 两种不同温度的流体在次级活塞泵中混合。因此，避免了由混合两种具有不同温度的流体 导致的任何扰动。在优选实施方式中，在通过了热交换器之后，供应到次级活塞泵的流体具 有与次级活塞泵本身基本相同的温度。优选地，热交换器被保持在次级活塞泵的温度。或 者，热交换器可以例如保持在如下的温度所述温度即使在有限的传热效率下，也足以达到 接近次级活塞泵的温度的温度。根据优选实施方式，热交换器适用于给供应到次级活塞泵的流体流施加良好受控 的温度驰豫。根据优选实施方式，泵单元包括恒温加热元件，其适用于将所述热交换器和所述 次级活塞泵两者保持在预定温度。根据另一优选实施例，热交换器包括蓄热器和一个或多 个与所述蓄热器热接触的毛细管。根据优选实施例，泵的工作周期包括传输-填充阶段，在该阶段，所述初级活塞泵 供应流体流到次级活塞泵。在优选实施方式中，在传输-填充阶段期间，由初级活塞泵供应的流体流被部分 地用于填充次级活塞泵，并且部分地用于维持被配送穿过次级活塞泵的另一流体流。因此， 在泵单元的出口处维持了连续的流体流。根据优选实施方式，在传输-填充阶段期间，由初级活塞泵供应的流体流被运输 通过热交换器。根据另一优选实施方式，传输-填充阶段占泵单元的工作周期的不到10%。根据优选实施方式，泵单元包括控制单元，其适用于控制所述初级活塞泵和所述 次级活塞泵中至少一者的活塞运动。根据另一优选实施方式，泵单元包括控制单元，所述控 制单元适用于控制所述初级活塞泵和所述次级活塞泵中至少一者的活塞运动，所述控制单 元适用于将至少一个校正运动叠加到所述初级活塞泵的活塞运动和所述次级活塞泵的活 塞运动中至少一者上，所述至少一个校正运动适用于补偿由于所述流体的温度变化导致的 体积效应。根据优选实施方式，在压缩阶段期间，在将流体流供应到所述次级活塞泵之前，所 述初级活塞泵适用于对所述初级活塞泵中所包含的一定体积的流体施加压缩，使得所述体积的流体达到系统压力。根据优选实施方式，在压缩阶段期间，在将流体流供应到所述次级活塞泵之前，所 述初级活塞泵适用于对所述初级活塞泵中所包含的一定体积的流体施加压缩，使得所述体 积的流体达到系统压力，其中，所述压缩给所述体积的流体导致相应的温度升高，所述温度 升高导致所述初级活塞泵中所述包含的所述体积的流体的相应体积膨胀。根据优选实施方式，泵单元包括控制单元，其适用于控制所述初级活塞泵和所述次级活塞泵中至少一者的活塞运动。所述控制单元适用于将第一校正运动叠加到所述初级 活塞泵的活塞运动上，所述第一校正运动适用于补偿与通过压缩所述初级活塞泵中包含的 一定体积的流体所导致的温度升高相关的体积效应。根据优选实施方式，在压缩阶段期间，当所述初级活塞泵中所包含的流体被压缩 到系统压力时，通过减小施加到所述初级活塞泵中所包含的一定体积的流体上的压缩，补 偿与相应的温度升高相关的体积膨胀。根据优选实施方式，泵单元包括控制单元，其适用于控制所述初级活塞泵和所述 次级活塞泵中至少一者的活塞运动。所述控制单元适用于将第二校正运动叠加到所述初级 活塞泵的活塞运动上，所述第二校正运动适用于补偿与由热交换器施加的温度驰豫相关的 体积效应。根据优选实施方式，当由所述初级活塞泵供应的流体流通过热交换器时，温度驰 豫的时间依赖性由通过所述热交换器的所述流体的流率来确定。根据优选实施方式，由所述热交换器所施加的温度驰豫引起的体积效应通过如下 来补偿只要所述流体流通过所述热交换器，就将附加的速度叠加到所述初级活塞泵的活
塞运动上。根据优选实施方式，只要流体流通过所述热交换器，就将附加的速度或速度分布 叠加到所述初级活塞泵的活塞运动上。根据本发明的实施方式的流体分离系统适用于分离运动相中的样品流体的各种 化合物，所述流体分离系统包括运动相驱动装置，优选为泵系统，其适用于驱动所述运动 相通过所述流体分离系统，所述运动相驱动装置包括如上所述的泵单元；以及分离单元，优 选为色谱柱，其适用于分离所述运动相中的所述样品流体的化合物。根据优选实施方式，流体分离系统包括如下至少一项样品注入器，其适用于将所 述样品流体引入到所述运动相中；检测器，其适用于检测所述样品流体的经分离的化合物； 收集单元，其适用于收集所述样品流体的经分离的化合物；数据处理单元，其适用于处理从 所述流体分离系统接收的数据；脱气装置，用于对所述运动相脱气。根据本发明的实施方式，提供了一种操作泵单元的方法，所述泵单元包括以流体 连通方式串联的初级活塞泵与次级活塞泵。所述方法包括将流体流从所述初级活塞泵供 应到所述次级活塞泵，以用流体再填充所述次级活塞泵；使由所述初级活塞泵供应的所述 流体流通过热交换器，由此减小所述流体的温度和所述次级活塞泵的温度之间的温度差。 同时，该流体流可以例如被提供到次级活塞泵的更下游的系统。根据优选实施方式，所述方法包括将至少一个校正运动叠加到所述初级活塞泵的 活塞运动上，所述至少一个校正运动适用于补偿与由于所述流体的收缩或膨胀导致的温度 变化相关的体积效应。
本发明的实施方式可以部分地或完全地由一个或多个软件程序来实现或支持，所 述软件程序可以被存储在任何类型的数据载体上，或以其它方式被提供，并且所述软件程 序可以在任何合适的数据处理单元中或由任何合适的数据处理单元执行。软件程序或例程 可以优选地被应用来控制初级活塞泵和次级活塞泵的活塞运动。


参考下面对于实施方式的更详细描述并结合附图，将容易了解和更好地理解本发 明的实施方式的其它目的和许多附带优点。基本或功能相同或相似的特征将由相同的标号 指代。图1示出了双活塞串联型泵，所述双活塞串联型泵包含初级活塞泵，所述初级活 塞泵与次级活塞泵以流体连通方式串联连接；
图2A和图2B图示了初级活塞泵和次级活塞泵的活塞位置与时间的函数关系；图3示出了泵系统中的流体的温度变化与时间的函数关系；图4示出了根据本发明的实施方式的泵系统，其具有包括在初级活塞泵和次级活 塞泵之间的流动通路中的热交换器；图5A和图5B示出了叠加到初级活塞泵的活塞运动上的第一校正运动和第二校正 运动；图6A和图6B示出了在已经施加了所述校正运动之后初级活塞泵和次级活塞泵的 经校正的活塞运动；以及图7A和图7B示出了本发明的实施方式，其中，热交换器被实现为适用于安装到次 级活塞泵上的平面结构。
具体实施例方式图IA示出了双活塞串联型泵，所述双活塞串联型泵包括初级活塞泵100，所述初 级活塞泵100与次级活塞泵101以流体连通方式串联连接。初级活塞泵100包括具有入 口阀103的入口 102 ；在初级活塞泵100中往复运动的活塞104 ；以及具有出口阀106的出 口 105。出口 105与次级活塞泵101的入口 107以流体连通方式连接。出口阀106可以位 于沿通往入口 107的连接管线的任何位置处。活塞108在次级活塞泵101中往复运动。次 级活塞泵101还包括用于传输(deliver)流体流的出口 109。在初级活塞泵100的输入阶段中，入口阀103打开，出口阀106关断，并且活塞104 向下运动，如箭头110所示。经由入口 102，在大气压或接近大气压下的流体被吸入初级活 塞泵100的泵室中。同时，次级活塞泵101的活塞108向上运动，如箭头111所示，并且在 出口 109配送(dispense)系统压力下的流体。然后，在初级活塞泵100的随后的压缩阶段期间，活塞104开始向上运动，如箭头 112所示。入口阀103和出口阀106两者都被关断，包含在初级活塞泵100的泵室中的流体 被压缩到系统压力。例如，系统压力可以处于数百巴或甚至大于千巴的范围内。流体的压 缩导致泵室中的流体的温度升高ΔΤ，并且该温度升高ΔΤ可能接着又导致泵室中的流体 的体积膨胀和/或压力升高。一旦初级活塞泵100达到了系统压力，出口阀106就被打开，并且在随后的传输-填充阶段期间，活塞104继续向上运动，并且将流体流供应到次级活塞泵101。在这个 传输-填充阶段期间，次级活塞泵101的活塞108向下运动，如箭头113所示。由初级活塞 泵100供应的流体被用于填充次级活塞泵101的泵室，并且用于在次级活塞泵101的出口 109处保持连续的流体流。图2A示出了活塞104的活塞位置pi与时间的函数关系，并且位于正下方的图2B 示出了活塞108的活塞位置p2与时间的函数关系。在初级活塞泵100的输入阶段中，活塞 104执行向下行程200，流体被吸入初级活塞泵100的泵室中。同时，次级活塞泵101的活 塞108执行向上行程201，并在出口 109处配送连续的流体流。在一定体积的流体被吸入了初级活塞泵100的泵室中之后，活塞104执行向上运 动202，以将泵室中的流体压缩到系统压力。此急剧的向上运动202此后将被称为“压缩突 跃”。
在时间点203，出口阀106被打开，并且在传输-填充阶段204期间，活塞104连续 其向上行程205，并且将流体流供应到次级活塞泵101。同时，次级活塞泵101的活塞108 执行向下行程206，以吸入由初级活塞泵100供应的流体。然后，整个泵周期被重复。初级活塞泵100的活塞104执行向下行程207，以吸入 流体，并且次级活塞泵101的活塞108执行向上行程208，以在出口 109处输送流体。在传输-填充阶段204期间，流体以约5到20ml/min的流率供应到次级活塞泵 101。由于这样大的传输-填充速率，用于再填充次级活塞泵101所需的时间长度可以被保 持为非常短。在图2A和2B所示的实施例中，传输-填充阶段204仅仅占据泵周期209的 小部分。在现有技术的泵系统中，传输-填充阶段可能占据泵周期的不到10%。但是，在泵系统的出口处得到的流量的稳定性和精度可能被初级活塞泵100所供 应的流体的温度变化损害。这样的温度变化在泵系统中包含的流体中引起相应的体积变 化。在图3中，初级活塞泵100中包含的流体的温度变化被描述为时间的函数。在时 间点300，初级活塞泵100的活塞104执行压缩突跃，以将泵室中包含的流体压缩到系统压 力。由于压缩，初级活塞泵100中包含的流体被加热，并且观察到温度升高Δ T。随后，当初 级活塞泵100开始将流体传输到次级活塞泵101时，在压缩阶段中产生的热被消散，由此可 能同时发生不同的消散过程。例如，第一热量AQ1可能经由初级活塞泵100的壁消散，而 第二热量AQ2可能经由流体管道的壁消散，所述流体管道连接初级活塞泵100和次级活塞 泵101。通常，多种热消散过程各自具有特征时间常数，并且多种热消散过程各自对流体的 温度驰豫(relaxation)有贡献。因此，所观察到的流体的温度驰豫301以具有不同的特征 时间常数的各种不同热消散过程的叠加的形式获得。在压缩阶段期间的温度升高Δ T导致泵室中包含的流体的相应热膨胀AV。然后， 随后的温度驰豫301导致流体的相应热收缩。为了获得泵系统在出口 109处的精确流量， 必需通过将校正运动叠加到泵系统的至少一个活塞的活塞运动上来补偿由温度变化导致 的热膨胀和热收缩。但是，由于所产生的热的程度随液体特性而不同以及由于多种不同的热消散过 程，对于补偿温度驰豫301难以得到确切的模型。此外，温度驰豫301强烈依赖于初级活塞 泵100中所包含的流体的总体积，因此，当确定对于活塞104的适当校正时，必需考虑活塞104的实际位置。一般来说，补偿压缩阶段期间的热膨胀△ V是非常容易的，但是难以得到 各种不同热消散过程的精确模型。另一问题是由初级活塞泵100供应的流体的温度不同于 次级活塞泵101中的流体的温度，这可能在两种流体在次级活塞泵101的泵室中混合时导 致进一步的流动扰动。根据本发明的实施方式，热交换器以流体连通方式耦合到连接初级活塞泵和次级 活塞泵的流动通路中。因此，由初级活塞泵供应的流体在被提供到次级活塞泵之前必需通 过热交换器。图4示出了本发明的包含初级活塞泵400、热交换器401和次级活塞泵402的实施 方式。初级活塞泵400包括具有入口阀404的入口 403 ；具有出口阀406的出口 405 ；以及 在初级活塞泵400的泵室中往复运动的活塞407。初级活塞泵400的出口 405与热交换器 401的入口以流体连通方式连接。热交换器401被保持在预定温度下。为此，热交换器401 可以例如与蓄热器热耦合。为了提高热交换器401和通过热交换器401的流体之间的热接 触，热交换器401可以例如包含多个布置在热交换器内部的热交换元件408。热交换元件 408可以例如被实现为由不锈钢制成的加强筋。通过热交换元件408可以实现多种流体流 动方式，以强化液体与热交换器的热接触。
热交换器401的出口与次级活塞泵402的入口 409以流体连通方式耦合。次级活 塞泵402包含次级活塞泵402的泵室中往复运动的活塞401 ；以及出口 411。在次级活塞泵 402的出口 411处，获得连续的流体流。当由初级活塞泵400供应的流体通过热交换器401时，流体的温度被带向热交换 器的温度。因此，通过在初级活塞泵400的出口 406和次级活塞泵402的入口 409之间布 置在热交换器401，通过热交换器401的流体的良好受控的热驰豫过程被执行。与图3中所 示的、依赖于多种不同时间常数的复杂温度驰豫301不同，本发明的实施方式提供了主要 由热交换器401的存在所强迫的温度驰豫过程。温度驰豫由传输-填充阶段期间初级活塞 泵400所供应的流体的流率来控制。因此，能预先准确地知道温度驰豫行为，因此，可以以 简单方式(例如通过将适当的校正运动叠加到初级活塞泵400和次级活塞泵402中的至少 一个的活塞运动上)来补偿与流体的温度变化相关的体积效应。在大多数情况下，已经在压缩阶段中被加热的流体在通过热交换器401时被冷 却。但也可以是由初级活塞泵400供应的流体在通过热交换器401时被加热。在此情况下， 同样会使通过热交换器401的流体达到预定温度。所叠加的校正运动可以呈现两种方向。根据优选实施方式，热交换器401被保持在与次级活塞泵402相同的温度下，因 此，通过热交换器401的流体基本达到次级活塞泵402的温度。为了将热交换器401和次级 活塞泵402两者保持在相同温度下，热交换器401可以例如与次级活塞泵402热耦合。在 此实施方式中，供应到次级活塞泵402的流体的温度与次级活塞泵402本身的温度相同，并 且因此，在传输-填充阶段期间供应到次级活塞泵402的流体不会导致任何热扰动。因此， 在出口 411处获得稳定和连续的流体流。根据优选实施方式，热交换器401和次级活塞泵402两者都与同一蓄热器412热 耦合，所述同一蓄热器412用虚线示出。所述同一蓄热器412适用于将热交换器401和次 级活塞泵402两者保持在相同温度下，所述相同温度可以是可控的。初级活塞泵400中所包含的流体的压缩和随后流体在通过热交换器401时的温度驰豫导致泵系统中的流体的相应热膨胀或收缩。为了在出口 411处获得精确计量的流体 流，必需对活塞407和410中的至少之一的常规运动施加校正。在下面所述的实施方式中， 校正将仅仅被施加到初级活塞泵400的活塞运动上。
图5A示出了在压缩阶段期间发生的泵室中的流体的热膨胀如何被补偿。在图5A 中，图示了初级活塞泵500。在压缩阶段期间，初级活塞泵500的入口阀501和出口阀502 都被关断，并且活塞503执行压缩突跃，以将一定体积的流体504从大气压压缩到数百巴 (bar)或甚至大于千巴的系统压力。在压缩突跃期间，该体积的流体504受热，并且该体积的流体504的温度升高ΔΤ。 温度升高Δ T导致该体积的流体504的相应体积膨胀Δ V。为了补偿压缩阶段期间该一定体积的流体504的热膨胀Δ V，根据热膨胀Δ V而减 小由活塞503执行的压缩突跃。活塞503仅仅执行经减小后的压缩突跃，而不是执行常规 的压缩突跃，以将额外的热膨胀AV考虑在内。图6Α中进一步示出了叠加到初级活塞泵的活塞503的常规运动上的校正运动。在 图6Α下面，示出了相应的次级活塞泵的活塞的活塞运动，该活塞运动没有经过任何校正。 从图6Α可以看出，活塞503首先执行向下行程600以吸入流体。然后，在时间点601，活塞 503开始沿向上方向运动，并且将泵室中的一定体积的流体504压缩到系统压力。为了校正 该体积的流体504的热膨胀，活塞503不执行常规的压缩突跃602，而是执行减小的压缩突 跃603，其中，常规压缩突跃602与减小的压缩突跃603之间的差等于在压缩阶段期间该体 积的流体504的热膨胀Δ V。在执行了减小的压缩突跃603之后，初级活塞泵500中包含的流体处于系统压力。 现在，如图5Β所示，活塞503继续其向上的运动，出口阀502被打开，并且流体流在初级活 塞泵500的出口 505被配送。该流体流经由流体管道506和热交换器507被供应到次级活 塞泵，利用以快速传输_填充模式运动的初级活塞，用由初级活塞泵500供应的流体填充次
级活塞泵的泵室。为了跟踪与温度变化相关的体积效应，在一定量的流体沿流体管道506行进并通 过热交换器507时对其进行了观察。在以仅仅小的温度变化到达热交换器507之前，该一 定量的流体占据体积ClV115在该一定量的流体在热交换器507中被冷却的情况下，温度降低 Δ The导致相应的流体体积ClV1的热收缩。因此，在通过了热交换器507之后，所观察的体积 量的流体的体积dV2明显小于流体体积ClV115在到达热交换器507之前的体积ClV1和在通过 了热交换器之后的体积dV2之间的关系可以被表示为如下 其中，AdV表示流体体积ClV1的热收缩。热收缩AdV可以由流体的热膨胀系数 θ、温度降低Δ The和体积ClV1表示如下 接着，假定体积ClV1的通过需要无限小的时间间隔dt。相应地，体积dV2的通过需 要同样的无限小的时间间隔dt。因此，到达热交换器507之前的单位时间的体积dV/dt与 通过热交换器507之后的单位时间的体积dV2/dt可以按如下彼此关联 到达热交换器507之前的单位时间的体积dV/dt可以以流体速度V1表不

(4)其中，A表示流体管道506的横截面。同样，通过热交换器507之后的流体的单位 时间的体积dV2/dt可以以流体速度V2表示如下
(5)其中，A表示流体管道506的横截面。通过将这些关系代入上面的式(3)，得到体 积ClV1的速度V1与体积dV2的速度V2之间的关系
(7) 则速度V1与速度V2之间的关系可以被简化为
(8)因此，当体积ClV1通过热交换器507时，其经历热收缩，结果，体积ClV1的速度V1减 小。在热交换器507的出口处，获得以减小的速度V2行进的体积dV2。通过使通过热交换 器507的体积ClV1冷却，该体积本身和该体积的行进速度都减小，这是当一定体积的流体通 过热交换器时经历的热收缩的结果。为了补偿一定体积的流体在通过热交换器时经历的速度减小，附加的正向速度作 为校正运动被叠加到活塞503的正向运动上。以常规的正向速度ν/和附加的速度 < 的 总和来获得活塞503的实际速度。例如，在通过热交换器507的流体被冷却的情况下，附加 的正向速度ν。’作为校正运动被叠加到常规的活塞运动上。在此情况下，体积ClV1的速度V1 和体积dV2的速度V2都增大。可以选择附加的正向速度 <，从而获得体积dV2的期望行进 速度V2O在图6A中，示出了在传输-填充阶段期间施加到初级活塞泵的活塞运动上的校正 运动的实施例。经校正的活塞运动605被执行，来代替从常规压缩突跃602的终点开始的常 规活塞运动604(由虚线表示)，所述经校正的活塞运动605开始于经校正的压缩突跃603 的终点。在图6A中，可以看出经校正的活塞运动605的斜率比常规活塞运动604的斜率明 显更陡。经校正的活塞运动605的增大的斜率对应于在活塞的向上行程期间向活塞503的 常规正向速度 < 增加附加的正向速度当初级活塞泵的传输阶段完成时，活塞503执行向下运动，并且吸入处于大气压 下的流体。此输入阶段606也示于图6A中。在位于图6A下方的图6B中，示出了次级活塞泵的活塞运动作为时间的函数。在 初级活塞泵的输入阶段600期间，次级活塞泵的活塞执行向上行程607，并在其出口处配送 连续的流体流。然后，在传输-填充阶段608中，次级活塞泵的活塞沿向下方向运动，并且 次级活塞泵的泵容积被由初级活塞泵供应的流体流充满。在传输_填充阶段608中，由初 级活塞泵供应的流的仅仅一部分被用于保持次级活塞泵的出口处的连续的流体流。在次级 活塞泵的泵室被充满之后，次级活塞泵的活塞执行向上行程609，并且再次在其出口配送流 体流。因此，为了校正热效应，两种不同的校正运动被施加到初级活塞泵500的常规活 塞运动作为第一校正运动，压缩突跃的长度被根据泵室中包含的流体的热膨胀AV而减 小。然后，作为第二校正运动，附加的速度在传输阶段期间被叠加到初级活塞泵的活塞503的常规正向运动上。所述附加速度补偿由热交换器507引起的热收缩。目前为止，假设了流体流在通过热交换器507时被冷却。但是，热交换器507也可 以被构造成在流体被供应到次级活塞泵之前加热流体。在流体在通过热交换器507时被加 热的情况下，可能需要将附加的反向速度作为校正运动施加到常规活塞运动上。在图7A和7B中，示出了本发明的另一实施方式，其中，热交换器被实现为安装到次级活塞泵上的平面结构，所述平面结构包括多个流体通道。图7A提供了该装置的总体视 图，其包括与次级活塞泵701以流体连通方式串联连接的初级活塞泵700。平面热交换器 702被安装到次级活塞泵701的前侧面。例如，热交换器702可以例如通过接触块703固定 到次级活塞泵701上的前侧面上，接触块703用螺钉固定到次级活塞泵701上。因此，在平 面热交换器702 (优选为由金属制成)和次级活塞泵701之间建立了优异的热接触。热交 换器702被基本保持在次级活塞泵701的温度。热交换器702的入口 704与初级活塞泵700的出口 705以流体连通方式耦合。热 交换器702的出口(在图7A中没有示出)与次级活塞泵701的入口以流体连通方式耦合。 因此，由初级活塞泵700供应的流体被运输通过热交换器702，然后被供应到次级活塞泵 701。热交换器702适用于使得由初级活塞泵700供应的流体在所述流体被供应到次级活 塞泵701之前达到次级活塞泵的温度。图7B提供了热交换器702的流体管线内部的内部路线的更详细视图。热交换器 702可以例如被实现为由两个或更多个相接金属片的平面多层结构。热交换器702包括输 入通道706，所述输入通道706与热交换器702的入口 707以流体连通方式耦合。供应到输 入通道706的流体被分配到多个输运通道708A-708H。当通过输运通道时，流体的温度变为 热交换器702的温度。在流体通过了输运通道708A-708H之后，流体由输出通道709收集 并在热交换器702的出口 710处被配送。出口 710与次级活塞泵701的入口以流体连通方 式華禹合。为了将热交换器702安装到次级活塞泵701，热交换器702可以包括多个孔711和 切口 712。例如，热交换器702可以用螺钉固定到次级活塞泵701的前侧面上。因此，热交 换器702和次级活塞泵701之间建立了热接触。
权利要求
一种泵单元，包括初级活塞泵(400)，次级活塞泵(402)，流动通路，其适用于以流体连通方式串联连接所述初级活塞泵(400)和所述次级活塞泵(402)，其中，所述泵单元的工作周期包括传输-填充阶段，在所述传输-填充阶段中，所述初级活塞泵(400)将液体流供应到所述次级活塞泵(402)，并且在所述传输-填充阶段期间，由所述初级活塞泵(400)供应的所述液体流被部分地用于填充所述次级活塞泵(402)，并且部分地用于维持被穿过所述次级活塞泵(402)而配送的另一液体流，所述流动通路包含热交换器(401)，其中，由所述初级活塞泵(400)供应的液体在被供应到所述次级活塞泵(402)之前通过所述热交换器(401)，所述热交换器(401)适用于减小供应到热交换器(401)的液体的温度与所述次级活塞泵的温度之间的温度差，其中，所述热交换器(401)被保持在所述次级活塞泵(402)的温度，使得在通过了所述热交换器(401)之后，供应到所述次级活塞泵(402)的液体具有与所述次级活塞泵(402)本身基本上相同的温度。
2.如权利要求1所述的泵单元，其中，所述热交换器适用于如下至少一项基本上使得由所述初级活塞泵供应的所述液体在所述液体被供应到所述次级活塞泵 之前达到预定温度；基本上使得由所述初级活塞泵供应的所述液体达到所述次级活塞泵的温度。
3.如权利要求1所述的泵单元，包括恒温加热元件，其适用于将所述热交换器和所述次级活塞泵两者都保持在预定温度。
4.如权利要求1所述的泵单元，其中，所述热交换器包括蓄热器和一个或多个与所述蓄热器热接触的毛细管。
5.如权利要求1所述的泵单元，包括控制单元，其适用于控制所述初级活塞泵和所述次级活塞泵中至少一者的活塞运动， 所述控制单元适用于将至少一个校正运动叠加到所述初级活塞泵的活塞运动和所述次级 活塞泵的活塞运动中的至少一者上，所述至少一个校正运动适用于补偿由于所述液体的温 度变化导致的体积效应。
6.一种用于使运动相中的样品液体的化合物分离的液体分离系统，所述液体分离系统 包括运动相驱动装置，其适用于驱动所述运动相通过所述液体分离系统，所述运动相驱动 装置包括根据权利要求1所述的泵单元；以及分离单元，其适用于分离所述运动相中的所述样品液体的化合物。
7.如权利要求6所述的液体分离系统，还包括如下至少一项 样品注入器，其适用于将所述样品液体引入到所述运动相中； 检测器，其适用于检测所述样品液体的经分离的化合物； 收集单元，其适用于收集所述样品液体的经分离的化合物； 数据处理单元，其适用于处理从所述液体分离系统接收的数据； 脱气装置，用于对所述运动相进行脱气。
8.一种操作泵单元的方法，所述泵单元包括以流体连通方式与次级活塞泵(402)串联 的初级活塞泵(400)，其中，所述泵单元的工作周期包括传输_填充阶段，在所述传输_填 充阶段中，所述初级活塞泵(400)将液体流供应到所述次级活塞泵(402)，并且在所述传 输-填充阶段期间，由所述初级活塞泵(400)供应的所述液体流被部分地用于填充所述次 级活塞泵(402)，并且部分地用于维持被穿过所述次级活塞泵(402)而配送的另一液体流， 所述方法包括将液体流从所述初级活塞泵(400)供应到所述次级活塞泵(402)，以用液体再填充所 述次级活塞泵(402)；使得由所述初级活塞泵(400)供应的所述液体流通过热交换器(401)，从而减小供应 到热交换器(401)的液体的温度与所述次级活塞泵的温度之间的温度差，其中，所述热交 换器(401)被保持在所述次级活塞泵(402)的温度，使得在通过了所述热交换器(401)之 后，供应到所述次级活塞泵(402)的液体具有与所述次级活塞泵(402)本身基本上相同的 温度。
9.如权利要求8所述的方法，包括将至少一个校正运动叠加到所述初级活塞泵的活塞运动和所述次级活塞泵的活塞运 动中的至少一者上，所述至少一个校正运动适用于补偿与由所述液体的压缩或膨胀所导致 的温度变化相关的体积效应。
10.如权利要求8所述的方法，其中，在压缩阶段期间，在将液体流供应到所述次级活塞泵之前，所述初级活塞泵适用于对 所述初级活塞泵中所包含的液体体积施加压缩，使得该体积的液体达到系统压力，其中，优 选地，所述压缩导致该体积的液体有相应的温度升高，所述温度升高导致所述初级活塞泵 中所包含的该体积的液体有相应的体积膨胀。
11.如权利要求8所述的方法，其中，在压缩阶段期间，当所述初级活塞泵中所包含的所述液体被压缩到系统压力时，通过 减小对所述初级活塞泵中包含的液体体积所施加的压缩，来补偿与相应的温度升高相关的 体积膨胀。
12.如权利要求8所述的方法，其中，当由所述初级活塞泵供应的液体流通过所述热交换器时，温度驰豫的时间依赖性由通 过所述热交换器的所述液体的流率来确定。
13.如权利要求8所述的方法，其中，由所述热交换器所施加的温度驰豫引起的体积效应通过如下方式来补偿只要所述液 体流通过所述热交换器，就将附加的速度叠加到所述初级活塞泵的活塞运动上。
14.如权利要求8所述的方法，其中，在所述液体在通过所述热交换器时被冷却的情况下，通过将附加的正向速度叠加到所 述初级活塞泵的活塞运动上，来补偿相应的线性体积收缩。
15.如权利要求8所述的方法，其中，在所述液体在通过所述热交换器时被加热的情况下，通过将附加的反向速度叠加到所 述初级活塞泵的活塞运动上，来补偿相应的线性体积膨胀。
16.如权利要求8所述的方法，其中，只要液体流通过所述热交换器，附加速度就被叠加到所述初级活塞泵的活塞运动上。
17. 一种软件程序或产品，其优选地存储在数据载体上，用于在数据处理系统上运行时 控制如权利要求8所述的方法，所述数据处理系统诸如为计算机。
全文摘要
本发明涉及包含热交换器的串联型泵。一种泵单元包括初级活塞泵、次级活塞泵和适于以流体连通方式串联连接初级活塞泵和次级活塞泵的流动通路。泵单元的工作周期包括传输-填充阶段，在该阶段，初级活塞泵将液体流供应到次级活塞泵，由初级活塞泵供应的液体流被部分地用于填充次级活塞泵，并部分地用于维持被配送穿过次级活塞泵的另一液体流。流动通路包含热交换器，由初级活塞泵供应的液体在被供应到次级活塞泵之前通过热交换器。热交换器适于减小供应到热交换器的液体的温度与次级活塞泵的温度之间的温度差，其中，热交换器被保持在次级活塞泵的温度，使得在通过热交换器之后，供应到次级活塞泵的液体具有与次级活塞泵本身基本相同的温度。
文档编号F04B23/06GK101865109SQ201010154209
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月20日 优先权日2009年4月20日
发明者克劳斯·威特, 康斯坦丁·乔伊海特, 菲利普·赫组戈 申请人:安捷伦科技有限公司