专利名称：具有过滤器装置的泵的制作方法
具有过滤器装置的泵本发明涉及一种具有过滤器装置(filter arrangement)的泵。随着小型化的持续，微型泵正变得越来越重要。在实际使用中，微型泵在微型泵的入口处经常需要颗粒过滤器，因为存在于泵室中的其它颗粒在微型泵的微阀处可能引发泄漏率，或者颗粒可能阻碍泵隔膜的移动。这最终可能导致泵失效。和颗粒比起来，现在的大多数微型泵是能容 忍气泡的(能耐气泡的)，从而无需分离气泡。各种气体都是可行的，最简单的情况涉及气泡。过滤器，无论它们是疏水性的(排斥液体的)还是亲水性的(吸引液体的)，经常需要高压，以能够引导气泡通过润湿的过滤器。这特别适用于亲水性过滤器。经常还需要高压来引导例如液滴通过疏水性过滤器。然而，就流阻来说，为此所需要的升高的压力是不利的。因此，特别是对于微型泵，应使流阻受过滤器影响尽可能得小。在微流体中，通过微型泵来泵送液体，并且，为了避免颗粒对微型泵的任何污染， 通常在微型泵的入口前方使用亲水性过滤器。然而，如果微型泵在润湿的亲水性过滤器处吸入气泡，那么气泡将堵塞过滤器。然而，微型泵经常不能产生将气泡吸入过滤器中所需要的高抽吸功率。例如，所需要的抽吸功率(或抽吸压力)可能共计高达1巴。结果，系统可能完全失效。在微流体中，在仅出现小的系统压力的非常频繁的情况中(诸如在所谓的芯片实验室(lab-on-a-chip)应用中，在微型泵中，等等)，一个普遍的但差不多是根本性的问题在于，一方面，颗粒过滤器的利用是必须的，但是，另一方面，在非常高的压力下气泡可能堵塞这些过滤器。例如，这种非常高的压力由于所使用的过滤器的小孔隙尺寸而产生，并且待滤除的颗粒越小，所述压力变得越高。由于微型泵非常小，所以过滤掉更小的颗粒是重要的。然而，为了能过滤掉小的颗粒，孔隙尺寸也应非常小，这转而使例如挤压气泡以通过过滤器所需要的压力增大。然而，所使用的微型泵仅能产生有限的压力，这经常不足以挤压气泡以通过过滤器的非常小的孔隙。传统的过滤器具有疏水性区域和亲水性区域，并且从现有技术中是已知的。例如， US2003/0042211公开了一种已知的过滤器，其中，实施疏水性材料和亲水性材料的串联布置，以将气泡以及颗粒与液体分开。还已知这样的过滤器，其中，可从流动路径中去除气泡， 并通过使用疏水性材料将这些气泡传递给周围空气。然而，所述系统的一个不利之处在于， 在用位于抽吸侧处的微型泵进行操作的过程中，可能通过疏水性材料将气泡从环境吸入系统中。US5，997，263描述了另一种传统的用于去除或避免任何可能已变得阻塞(stick)在过滤器内的特定位置处的气泡的过滤器。然而，所述过滤器装置是一维过滤器，且因此具有比二维平面过滤器高很多的流阻。另外，当将这种一维过滤器实施为一障碍物时，沿着过滤器线路实施不同的疏水性区域和亲水性区域，然而，管道盖整体上是疏水性的或亲水性的。 这也将导致流阻的增大。在US4278084和GB1510072中描述了另外的能耐气泡的颗粒过滤器，并且用于人工供给。然而，对于这两个过滤器，都需要将它们定向成使得疏水性区段垂直地位于亲水性区段上方，从而使得任何上升的气泡都将由于重力而朝着疏水性区段移动。气泡只有在那里才能通过疏水性过滤器。因此，过滤器的“适当的”定向对于使过滤器起作用来说是不可缺少的。特别地，在围绕水平轴线旋转180°之后，过滤器将不起作用，或者其性能将明显更差，因为这导致了流阻的明显增大。 US3523408A公开了一种气体燃烧器，其中，在大致平行的液体排斥过滤器材料与液体润湿过滤器材料之间提供0. 25mm至5mm的距离。US5190524A公开了一种用于结合多个液体注入以形成混合物的装置。一腔室提供多个可单独闭合的入口及一个用于混合物的出口。该腔室内设置有一个亲水性隔膜和一个疏水性隔膜。从US598318A中，获知了一种用于将水与二相流分开的装置，其中，在一个空腔中，设置用于从二相流中去除气体的疏水性过滤器。另外，设置亲水性过滤器，以防止水从水出口开口流出。US4302223A描述了一种提供一对隔开的隔膜的空气去除装置，其中一个隔膜是疏水性的，而另一个隔膜是亲水性的。泵经由排气装置连接至空气去除装置的入口。EP0489403A2描述了一种包括壳体及具有合成高分子微孔结构的形式的微孔介质的过滤器装置。DE1949038A描述了一种用于气体和液体的分离器，所述分离器具有布置在用于气体的出口前方的液体排斥区段、以及设置在用于液体的出口前方的可润湿区段。US7422565B2公开了一种用于注入线路的流体分离器，所述流体分离器提供接收本体及至少一个亲水性隔膜。该亲水性隔膜设置在流动通道中，从而仅允许液体通过。从此现有技术开始，因此，本发明的目的是提供一种泵，所述泵从包含气泡的介质中过滤颗粒，无论过滤器装置的定向如何，气泡都不会导致流阻的增大。此目的通过如权利要求1所要求保护的泵来实现。所发明的泵包括一种过滤器装置，所述过滤器装置具有亲水性隔膜过滤器及疏水性隔膜过滤器两者，并且待过滤的介质的流入路径被分成第一流出路径和第二流出路径。 疏水性隔膜过滤器及亲水性隔膜过滤器的装置的特征在于，疏水性隔膜过滤器的至少一个区段和亲水性隔膜过滤器的一个区段以不大于Imm且不大于200 μ m的距离彼此相对地设置。因此，随在流入路径中流动的介质一起移动的气泡在移动过程中与疏水性隔膜过滤器相接触。因此，气泡能轻松地通过疏水性隔膜过滤器，且由此防止积聚的气泡堆积在隔膜过滤器前方。因此，在此过滤器装置中，无论该过滤器装置的空间定向如何，都防止气泡积聚在过滤器的一个位置处，并防止导致那里的聚积(沉积)，并防止只是逐渐地挤压以通过过滤器。而是，气泡在其移动过程中与疏水性过滤器区段相接触，并没有阻塞地被引导以通过疏水性过滤器区段。例如，可实现过滤器区段的相对布置，因为将过滤器隔膜实施为是平面的，并且因为疏水性区段和亲水性区段相对于其表面法线彼此相对地设置。因此，由于疏水性隔膜过滤器的区段和亲水性隔膜过滤器的区段的小距离，所以提供了这样一种过滤器装置，即，无论空间中的定向如何，该过滤器装置都提供了一种气泡能轻松地通过且流阻不会增大的颗粒过滤器。遵循本发明的基本构思，因此还提供了这样一种过滤器装置，S卩，其中，一个、两个或更多个疏水性过滤器材料和亲水性过滤器材料(过滤器区段)在流动方向上平行地布置，分开的流动路径在后来重新结合。例如，该过滤器装置设置在泵的入口(抽吸侧)处。在另外的实施方式中，例如，疏水性过滤器区段和亲水性过滤器区段可以平面的方式彼此相对地布置，从而使得Imm的最大距离与以平面的方式布置的过滤器区段的任何点都相关。在另外的实施方式中，以平面的方式实施的疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器可在一侧上以楔形的形式逐渐变尖，从而使得Imm的最大距离仅与楔形的部分相关。 这还确保，存在于介质中的任何气泡随着渗透到楔形中的继续与疏水性隔膜过滤器相接触，且然后能轻松地通过上述疏水性隔膜过滤器，而不会一开始就堆积。在另外的实施方式中，并非楔形，疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器还可以锥形形状相互地布置。锥形的顶点位于下游方向上，从而例如以半圆形形状(在垂直于流动方向的横截面平面中)形成疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段，并且上述疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段分别形成锥形表面的一部分。在此实施方式中，同样，气泡在顶点的方向上移动到锥形中，并可在移动过程中与疏水性隔膜过滤器相接触。不晚于在顶点(例如，在那里，疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器会聚)处，疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器无需彼此接触，达到Imm的最大距离，从而气泡于是将与疏水性隔膜过滤器相接触并能轻松地通过疏水性隔膜过滤器，同样气泡的移动不会中断。在另外的实施方式中，对于待实施的几个疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段，还可以是，最大距离在每种情况下均与一对相对地布置的疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段有关。如果隔膜过滤器装置形成锥形表面，那么例如疏水性区段和亲水性区段可构造成是条纹形状的。在气泡随介质一起的移动过程中，气泡于是将与至少一个疏水性过滤器区段相接触。在这种情况下，显而易见的是，布置疏水性过滤器区段和亲水性过滤器区段，从而使得无论过滤器装置的空间定向如何，气泡都将与疏水性过滤器区段相接触(对于进一步的细节，请参见下文)。这些实施方式涉及泵，特别是微型泵，对这些微型泵来说，仅能产生有限的抽吸压力，从而使得该过滤器装置在任何情况下都防止气泡的堆积，并且从而使得无论相对于重力的定向如何，过滤器都呈现出几乎恒定的流阻。特别地，在这些实施方式中，防止任何上升的气泡由于重力而能够到达其中没有实施的疏水性区域的过滤器区段。另外，有利之处在于，由于小尺寸，可利用毛细力，无论重力如何，毛细力都可将液体或介质吸入过滤器中， 从而由于毛细力将气泡引导至疏水性隔膜过滤器的区段。关于这些实施方式的其他有利之处在于，泵不会吸入任何周围空气，因为一旦分开的流动路径已通过疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器，便会在后来重新结合，且因此呈现出闭合的系统。因此，这些实施方式的有利之处在于低流阻，这在很大程度上与空间定向无关。另夕卜，泵不会吸入任何周围空气，因为分开的流动路径会在过滤之后重新结合。因此，引导任何可能存在的气泡以通过该过滤器装置，而没有任何明显的压降。气泡没有从介质中去除， 而可留在介质中。下面将参考附图
更详细地说明本发明的实施方式，附图中图Ia示出了用于本发明的一实施方式的能耐气泡的过滤器的示意图；图Ib示出了具有根据图Ia的能耐气泡的过滤器的泵的纯示意图；图2示出了用于说明堵塞压力和毛细力的图示；
图3示出了用于一实施方式的具有彼此平行地布置的疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器的过滤器装置的横截面图；图4示出了用于另一实施方式的以楔形的形式实施的亲水性隔膜过滤器和疏水性隔膜过滤器的横截面图；图5示出了以锥形(cone)形状实施的过滤器装置的另一示意图；图6a和图6b示出了具有几个疏水性隔膜过滤器区域和亲水性隔膜过滤器区域的过滤器装置。关于以下描述，应指出的是，在不同的实施方式中，相同的或具有相同作用的功能元件具有相同的参考标号，并应指出的是，因此，对各种实施方式中的所述功能元件的描述是可相互交换的。图Ia示出了用于本发明的一实施方式的过滤器装置的示意图。该过滤器装置包括流入路径105、第一流出路径110及第二流出路径120。另外，该过滤器装置包括位于流入路径105与第一流出路径110之间的疏水性隔膜过滤器140，并且还包括位于流入路径 105与第二流出路径120之间的亲水性隔膜过滤器150。该隔膜过滤器装置的特征在于，疏水性隔膜过滤器140的至少一个区段和亲水性隔膜过滤器150的一个区段以不大于Imm的距离d彼此相对地设置，从而使得随在流入路径105中流动的介质220 —起移动的气泡210 在移动过程中与疏水性隔膜过滤器140相接触。因此，任何可存在于流入的介质220内的气泡210都不能堵塞过滤器装置。在移动过程中，气泡210通过疏水性隔膜过滤器140。当包含气泡210的介质220通过时，无法测量堵塞压力。图Ib纯示意性地示出了具有这种过滤器装置的泵142，第一流出路径110和第二流出路径120连接至泵142的抽吸侧144。为了更好地理解运作的模式，首先更详细地描述一些术语是有意义的。图2描绘了堵塞压力和所施加的毛细力的图示。示意性地示出了气泡通过亲水性过滤器150时的三个阶段。在第一阶段(i)中，介质220最初流过亲水性过滤器150，没有任何显著的堵塞压力。在第二阶段(ii)中，气泡210来自流入方向105，从而在介质210上形成自由面(free surface) 215。介质220以小于90°的润湿角θ将过滤器的表面润湿。因此，亲水性过滤器150的材料或至少其表面是润湿的(因此将介质或液体“向上拉”)。如果润湿角θ大于90°，那么这将把该表面分类为是液体排斥的(疏水性的)。 如果如图2所示地润湿角小于90°，那么亲水性过滤器150的表面沿该表面拉动介质，从而将需要一个力来从间隙中去除液体。所需要的力只不过是将液体吸入间隙或孔隙中的毛细力。在第三阶段(iii)中，已局部地挤压气泡210以通过亲水性过滤器150，从而使得自由面215出现在亲水性过滤器150的后部输出(在流动方向上)处。经常使用所谓的气泡点法或气泡点测试来执行堵塞压力的测量。所述测试也被叫做气泡压力测试或气泡点测量，并用于测试隔膜的质量。用介质填充隔膜的孔隙，例如，这些孔隙形成约0.22 μ m的通道开口(例如，用于无菌过滤)。介质可包括水，例如，并且最简单的用于执行过滤工艺的方式是在一定压力下冲洗过滤器系统。为了测试，最好根据设计从渗透侧(对于中空纤维模块)缓慢地对隔膜壳体加压。为了使示例性的水从孔隙移动， 需要一个力(两个过滤器侧的压差)。所述压差取决于孔径1:
权利要求
1.一种用于将介质从抽吸侧泵送至压力侧的泵，包括过滤器装置，包括流入路径(105)、第一流出路径(110)及第二流出路径(120)；疏水性隔膜过滤器(140)，位于所述流入路径(105)与所述第一流出路径(110)之间；亲水性隔膜过滤器(150)，位于所述流入路径(105)与所述第二流出路径(120)之间，其中，所述疏水性隔膜过滤器(140)的至少一个区段和所述亲水性隔膜过滤器(150) 的至少一个区段以不大于Imm的距离(d)彼此相对，从而使得随在所述流入路径(105)中流动的介质(220) —起移动的气泡(210)在移动过程中与所述疏水性隔膜过滤器(140)相接触，所述过滤器装置的所述第一和第二流出路径(110，120)连接至所述泵的抽吸侧。
2.根据权利要求1所述的泵，所述泵包括微型隔膜泵。
3.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述疏水性隔膜过滤器(140)和所述亲水性隔膜过滤器(150)以平面的方式平行地且彼此相对地布置。
4.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述疏水性隔膜过滤器(140)和所述亲水性隔膜过滤器(150)形成在流动方向上逐渐变尖的楔形。
5.根据权利要求1或2所述的泵，其中，所述疏水性隔膜过滤器(140)和所述亲水性隔膜过滤器(150)形成在流动方向上逐渐变尖的锥形。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述疏水性和亲水性隔膜过滤器 (140,150)的几个相对地布置的区段构造在所述介质(220)下游，从而使得在所述介质 (220)下游，疏水性和亲水性区段(140，150)交替。
7.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，在下游方向上，所述疏水性和亲水性隔膜过滤器(140，150)通过终端壁(310)彼此分离，并且所述终端壁(310)构造成使得在所述终端壁(310)处将不会形成用于气泡(210)的堆积空间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述亲水性隔膜过滤器(150)和所述疏水性隔膜过滤器(140)包含共同的隔膜基层，所述亲水性隔膜过滤器(150)和所述疏水性隔膜过滤器(140)具有所述隔膜基层的不同表面涂层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其中，所述疏水性隔膜过滤器(140)的材料对于待泵送的介质具有大于100°的接触角，并且其中，所述亲水性隔膜过滤器(150)的材料对于待泵送的介质具有小于80°的接触角。
全文摘要
本发明涉及一种用于将介质从抽吸侧泵送至压力侧的泵，包括过滤器装置。该过滤器装置包括流入路径(105)、第一流出路径(110)及第二流出路径(120)。疏水性隔膜过滤器(140)布置在流入路径(105)与第一流出路径(110)之间。亲水性隔膜过滤器(150)布置在流入路径(105)与第二流出路径(120)之间。疏水性隔膜过滤器(140)的至少一个区段和亲水性隔膜过滤器(150)的一个区段以不大于1mm的距离(d)位于彼此的对面，从而使得随在流入路径(105)中流动的介质(220)一起移动的气泡(210)在移动过程中与疏水性隔膜过滤器(140)相接触。该过滤器装置的第一和第二流出路径(110，120)连接至泵的抽吸侧。
文档编号F04B19/00GK102348895SQ201080011074
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年3月9日
发明者曼努埃尔·苏特尔, 马丁·里希特, 马库斯·赫茨 申请人:弗兰霍菲尔运输应用研究公司