背景技術(shù)：

從液體移除夾帶的氣體在各種制造和/或分析處理中均為重要的工作。廣泛使用液體除氣的一種示例方法是在液相色譜法的應用中。在這種應用中不期望存在溶解的氣體，其中，溶解的氣體的存在可能干擾應用的功能或者準確性。

例如在液相色譜法的情況中，眾所周知的是從色譜流動相中減少溶解的空氣對于系統(tǒng)流動速率的穩(wěn)定至關(guān)重要，并且因此對于準確識別由hplc系統(tǒng)分離的化合物也至關(guān)重要。流動相中溶解的氣體能夠以氣泡形式顯現(xiàn)，所述氣泡能夠在色譜檢測器中引起噪音和漂移。此外，氣泡的存在能夠在檢測器處導致錯誤的吸收特征。

液體材料的除氣對于許多工藝的成功來說是必需的，并且因此已經(jīng)使用了多種除氣系統(tǒng)和除氣方法一段時間。技術(shù)包括加熱待除氣的流體或使待除氣的流體沸騰、將材料暴露于減壓環(huán)境或者真空中、以及使用加熱和真空的組合減少流體中溶解氣體的量。眾所周知通過分離膜來進行真空除氣，并且通常利用一段相對小直徑的薄壁半滲透合成聚合物阻隔件來進行真空除氣，所述阻隔件包含在處于真空的減壓條件下的包封腔室內(nèi)。通常使得待除氣的流體流動穿過管狀膜的內(nèi)腔。在美國專利號5,340,384、5,183,483、4,430,098和3,668,837中描述了這種裝置的示例。

已經(jīng)采用其它流體除氣裝置以用于對流體輸送管線中的流體進行除氣，所述流體輸送管線可操作地連接色譜儀的相應部件。在這種系統(tǒng)中，并非將色譜流體按路線引導入用于單獨的除氣階段的不同的真空腔室之內(nèi)，而是流體輸送管線自身可以構(gòu)造為套管式除氣裝置。在轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國專利號7,713,331、7,144,443和6,949,132中描述了這種裝置的示例，其全部內(nèi)容在此以引用的方式并入本文。

盡管已經(jīng)證明這種輸送管線除氣系統(tǒng)有一些效果，但是某些限制卻是傳統(tǒng)設(shè)計所固有的。例如，輸送管線必須時常彎曲成單個或者復雜的彎曲布置，以用于適當?shù)剡m配在色譜系統(tǒng)中的相應儀器之間。輸送管線的這種彎曲可以導致內(nèi)部管狀分離膜偏離輸送管線的中央軸線并且甚至與外部護套接觸。管狀膜的這種移位能夠破壞流體流動模式，由此降低氣體的輸送效率。此外，傳統(tǒng)裝置通常布置成用于“管側(cè)”除氣，在“管側(cè)”除氣的布置中，液態(tài)流體穿過管狀膜的內(nèi)腔，管狀膜布置在真空腔室中。這種布置中除氣能力和效率受限并且劣于“殼側(cè)”除氣方法，在“殼側(cè)”除氣的布置中，液態(tài)流體以與管狀分離膜成包圍關(guān)系地穿過腔室，在管狀分離膜的內(nèi)腔中為減壓環(huán)境或者吹掃氣體環(huán)境。

因此，本發(fā)明的目的是提供一種徑向支撐件，所述徑向支撐件用于將一個或者多個管狀除氣膜基本居中定位在外部護套內(nèi)。徑向支撐件可以防止管狀分離膜的不期望的偏離，并且還可以允許使用壁更薄的管狀膜，所述管狀膜在結(jié)構(gòu)上支撐在外部護套內(nèi)。減小管狀膜的壁厚度能夠顯著節(jié)省整套裝置的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

通過本發(fā)明，可以在不同輸送管線中對液態(tài)流體進行操作地除氣，所述不同輸送管線在相關(guān)聯(lián)的流體流動系統(tǒng)中的相應部件之間延伸。本發(fā)明的輸送管線可以構(gòu)造成作為軸向布置的獨立除氣單元，所述獨立除氣單元具有長形外部護套和一個或者多個管狀分離膜，所述一個或者多個管狀分離膜布置在由外部護套限定的腔室中。優(yōu)選地物理支撐管狀分離膜，以便將膜與外部護套的內(nèi)表面保持成間隔關(guān)系，其中，在膜和護套的內(nèi)表面之間徑向限定了徑向間隙。通過以與外部護套的內(nèi)表面成間隔關(guān)系地支撐一個或者多個管狀分離膜，有助于通過圍繞一根或者多根分離管的一致的液體流動空間有效且重復進行殼側(cè)除氣。

設(shè)置在管狀分離膜外部的支撐件還可以有助于減小膜壁厚度，以降低材料成本并且潛在地增加除氣性能。

在一個實施例中，本發(fā)明的長形流體除氣裝置包括柔性的液體不可滲透的外部護套，所述護套具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面沿著護套的中央軸線限定了護套腔室，所述護套腔室具有通到護套腔室的入口開口和通到護套腔室的出口開口。護套具有至少為2的縱橫比。長形流體除氣裝置還包括管狀膜，所述管狀膜沿著與中央軸線共同延伸的共同軸向長度在護套腔室內(nèi)軸向延伸。管狀膜具有第一敞開端部，其中，膜限定了內(nèi)腔軸線，所述內(nèi)腔軸線基本平行于中央軸線。管狀膜在護套腔室和內(nèi)腔之間形成了氣體可滲透但液體不可滲透的阻隔件。一個或者多個間隔構(gòu)件在護套腔室中基本沿著整個共同軸向長度徑向插置在膜和護套之間，以便將膜與護套的內(nèi)表面保持成間隔關(guān)系。在膜和護套的內(nèi)表面之間徑向限定了徑向間隙。

在一些實施例中，設(shè)置有第一聯(lián)接器單元以通過護套的入口開口將流體入口流體連接到徑向間隙，并且通過管狀膜的第一敞開端部將內(nèi)腔流體連接到氣體流動路徑。除氣裝置還可以包括第二聯(lián)接器單元，所述第二聯(lián)接器單元通過護套的出口開口將流體出口流體連接到徑向間隙。

一種用于對液態(tài)流體進行除氣的方法包括提供上述長形流體除氣裝置，并且沿著氣體流動路徑通過管狀膜的第一敞開端部對內(nèi)腔進行排氣。該方法還包括驅(qū)動液態(tài)流體穿過流體入口并且與護套腔室中的膜接觸，并且隨后將液態(tài)流體從護套腔室輸送穿過流體出口。

用于對液態(tài)流體進行除氣的另一種方法包括提供上述長形流體除氣裝置，并且使得吹掃氣體沿著氣體流動路徑穿過內(nèi)腔。這種方法還包括驅(qū)動液態(tài)流體穿過流體入口并且與護套腔室中的膜接觸，并且隨后將液態(tài)流體從護套腔室輸送穿過流體出口。

在另一個實施例中，一種用于對液態(tài)流體進行除氣的除氣系統(tǒng)包括液態(tài)流體源和除氣裝置，所述除氣裝置包括外部護套，所述外部護套具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面沿著護套的中央軸線限定了護套腔室，其中，護套具有通到護套腔室的入口開口和通到護套腔室的出口開口。除氣裝置還包括管狀膜，所述管狀膜在護套腔室內(nèi)軸向延伸，并且具有第一敞開端部。管狀膜限定了內(nèi)腔軸線，所述內(nèi)腔軸線基本平行于中央軸線。管狀膜在護套腔室和內(nèi)腔之間形成氣體可滲透但液體不可滲透的阻隔件。一個或者多個間隔構(gòu)件在護套腔室中徑向插置在膜和護套之間，以便將膜與護套的內(nèi)表面保持成間隔關(guān)系。在膜和護套的內(nèi)表面之間徑向限定了徑向間隙。除氣系統(tǒng)還包括：輸送通道，所述輸送通道將液態(tài)流體源流體連接到護套的入口開口；和泵，所述泵用于驅(qū)動液態(tài)流體從液態(tài)流體源穿過外部護套的護套腔室。真空源通過管狀膜的第一敞開端部對內(nèi)腔進行排氣，以形成對液態(tài)流體進行除氣的驅(qū)動力。

附圖說明

圖1a是本發(fā)明的除氣系統(tǒng)的示意性圖示；

圖1b是本發(fā)明的除氣系統(tǒng)的示意性圖示；

圖2是本發(fā)明的除氣裝置的透視圖；

圖3是本發(fā)明的除氣裝置的剖視透視圖；

圖4是本發(fā)明的除氣裝置的一部分的剖視側(cè)視立視圖；

圖5是本發(fā)明的除氣裝置的一部分的透視圖；

圖6是本發(fā)明的除氣裝置的一部分的透視圖；

圖7是圖6中示出的除氣裝置的一部分的端視圖；

圖8是本發(fā)明的除氣裝置的一部分的透視圖；

圖9a是本發(fā)明的除氣裝置的一部分的剖視側(cè)視圖；和

圖9b是圖9a中示出的除氣裝置的一部分的端視圖。

具體實施方式

上面列舉的目的和優(yōu)點以及本發(fā)明示出的其它目的、特征和進展現(xiàn)在將根據(jù)參照附圖描述的詳細實施例來呈現(xiàn)，這些實施例旨在表示本發(fā)明的多種可能的構(gòu)造。本發(fā)明的其它實施例和方面被認為是在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的理解之內(nèi)。

如本文所述的流體除氣裝置包括限定了內(nèi)部腔室的外部阻隔件，其中基本上管狀的分離膜定位成將腔室分離成滲透側(cè)和滯留側(cè)。腔室的滯留側(cè)構(gòu)造成用于沿著裝置的入口和出口之間的流體流動路徑的流體-膜接觸。可以在腔室的滲透側(cè)建立除氣環(huán)境，以產(chǎn)生用于使目標氣體從流體傳輸穿過膜的驅(qū)動力。除氣環(huán)境可以處于由于泵通過裝置中的排氣端口對腔室的滲透側(cè)進行排氣而導致的降低的大氣壓力下。

出于本發(fā)明的目的，術(shù)語“流體”是指能夠在力的作用下流動的任何材料，所述材料包括液體、氣體及其組合。流體優(yōu)選地沿著流體流動路徑被引導，所述流體流動路徑沿通道、間隙、壁和限定至少部分流體流動邊界的其它結(jié)構(gòu)穿過除氣裝置。

在圖1a和圖1b中示出了流體除氣系統(tǒng)10的示意性圖示，其中，系統(tǒng)10包括流體泵12以驅(qū)動液態(tài)流體沿著輸送路徑16從一個或者多個儲存器14流動至色譜柱18。通常，通過閥20計量液態(tài)流體。輸送管線除氣裝置22可以用于從液態(tài)流體移除氣體和/或防止液態(tài)流體從環(huán)境中再引入氣體。如在下文更加詳細描述的那樣，除氣裝置22包括一個或者多個膜，所述膜用于將包含在流體中的氣體與液體分離。流體輸送流動路徑16引導流體穿過除氣裝置22的流體入口24，并且因此引導流體沿著除氣流動路徑穿過除氣裝置22而到達流體出口26。處理后的流體被輸出到適于此應用的下游設(shè)備，所述處理后的流體可以為液體或者氣體濃度降低的流體，所述下游設(shè)備例如為注入閥、色譜柱18或者其它色譜設(shè)備。

流體除氣系統(tǒng)10可以包括真空泵30，所述真空泵30用于對除氣裝置22內(nèi)的腔室的滲透側(cè)進行排氣。真空泵30流體地連接到除氣裝置22中的端口32，所述端口32敞開到腔室的滲透側(cè)。控制器34可以通信地聯(lián)接到真空泵30和流體泵12中的一個或者兩個、以及除氣裝置22內(nèi)的腔室的滲透側(cè)中的壓力傳感器36。壓力傳感器36能夠?qū)⑿盘柊l(fā)送到控制器34，以便可調(diào)節(jié)地操作真空泵30和流體泵12中的一個或者多個，以在除氣裝置22中實現(xiàn)流體流動速率和滲透側(cè)環(huán)境的所期望的平衡。

在圖1b示出的實施例中，可以從不同的流體儲存器14a-14c建立多條不同的流體輸送流動路徑16a-16c。某些應用包括用于分析的多種不同流體，并且每種流體在輸送到色譜柱18或者其它下游部件之前均被理想地除氣。在這種情況中，多個輸送管線除氣裝置22a-22c可以用于對從每個不同的儲存器14a-14c抽出的流體進行除氣，并且將獲得的除氣流體傳輸?shù)奖壤y20。為了使用單個真空泵30，真空歧管31可以組合來自每個除氣裝置22的不同的排氣管線。因此，真空歧管可以插置在真空泵30和各個輸送管線除氣裝置22之間。

在圖2中示出了本發(fā)明的除氣裝置22的示例性實施例。除氣裝置22優(yōu)選地布置成作為貫流式(flowthrough)長形輸送管線除氣裝置，其中，所述輸送管線除氣裝置具有液態(tài)流體入口42和液態(tài)流體出口44。第一端口46可以流體地連接到泵(例如真空泵30)以用于對除氣裝置22內(nèi)的腔室的滲透側(cè)進行排氣。第一端口46限定了氣體流動路徑47的一部分，氣體沿著所述氣體流動路徑47被輸送穿過除氣裝置22。當流體地聯(lián)接到真空泵30時，驅(qū)動氣體通過端口46離開除氣裝置22。在一些實施例中，第二端口48形成氣體流動路徑47的一部分，例如，氣體入口。沿著氣體流動路徑47流動穿過第二端口48的氣體可以包括補充氣體(例如空氣)、或者吹掃氣體(例如氮氣、氦氣)、或者用于實現(xiàn)穿過膜的除氣驅(qū)動力的其它氣體。接收部50可以用于將除氣裝置22安裝在系統(tǒng)(例如流體除氣系統(tǒng)10)內(nèi)。

圖3示出了除氣裝置22的剖視圖，其中，管狀半滲透分離膜56在由外部護套52限定的護套腔室54內(nèi)軸向延伸。第一聯(lián)接器單元60優(yōu)選地建立了流體路徑和流體連接，所述流體路徑和流體連接用于使液態(tài)流體與膜的滯留側(cè)接觸，并且用于使分離的氣體從膜的滲透側(cè)移除。在一些實施例中，第一聯(lián)接器單元60是單體，所述單體可以由適于與液態(tài)流體接觸的惰性材料模制或者鑄造而成。如圖4中的第一聯(lián)接器單元60的放大剖視圖所示，第一流體管線接收部62用作用于除氣裝置22的流體入口42，其中，流體導管可以螺紋連接地或者以其它方式接收在接收部62中，并且流體從導管沿著流體流動路徑66被輸送到液態(tài)流體通道64中。還在圖1中示意性示出了作為流體輸送流動路徑16的一部分的該流體流動路徑66。

第一端口46可以為倒鉤配件68中的開口，其中，倒鉤端部70可以可保持地固定在用于將氣體輸送到例如真空泵30的軟管或者其它導管的內(nèi)腔中。倒鉤配件68限定了通道72，所述通道72形成了氣體流動路徑47的一部分。倒鉤配件68可以被直接地螺紋接收在聯(lián)接器單元60的第一連接接收部63中，或者如圖4所示倒鉤配件68可以用螺母74固定在第一連接接收部63中，所述螺母74抵接支承凸緣69或者倒鉤配件68支承。這種接合還可以用于將管狀膜固定在第一聯(lián)接器單元60中，其中，在螺紋地接收在第一連接接收部63中的螺母74的力的作用下，彈性套圈76圍繞膜56被擠壓并且壓抵第一聯(lián)接器單元60的抵接表面78。因此，套圈不僅用于將膜56固定就位并且還用于密封閉合通道72，以使得防止沿著流體流動路徑66流動的液態(tài)流體進入到通道72中并且穿過第一端口46流出。此外，套圈76和膜56之間的密封接合防止沿著氣體流動路徑47流動的氣體進入流體流動路徑66。

外部護套52可以類似地在第二連接接收部80處被固定到第一聯(lián)接器單元60，其中，螺母82可以螺紋地接合在第二連接接收部80中，以便將彈性套圈84壓在外部護套52周圍并且壓抵第一聯(lián)接器單元60的抵接表面86。螺母82作用在套圈84上的力部分地被傳遞到外部護套52上，從而將外部護套52固定在第二連接接收部80中。外部護套52還可以以類似的部件和方法固定在第二聯(lián)接器單元61處。在一些實施例中，第二聯(lián)接器單元61與第一聯(lián)接器單元60基本相同。在圖5中示出了第一聯(lián)接器單元60的等距視圖。

外部護套52包括內(nèi)表面102，所述內(nèi)表面102沿著外部護套52的中央軸線106限定了護套腔室104。外部護套52的入口開口108敞開到護套腔室104，并且外部護套52的出口開口110敞開到護套腔室104，其中，可以在入口開口108和出口開口110之間建立連續(xù)的腔室104。外部護套52可以優(yōu)選地為長形結(jié)構(gòu)，所述長形結(jié)構(gòu)用作導管以用于在液體系統(tǒng)的各級之間輸送液態(tài)流體，例如在儲存器14和流體泵12之間輸送液態(tài)流體。外部護套52因此可以具有至少2:1的縱橫比，所述縱橫比定義為外部護套52的長度112與外部護套52的寬度或者直徑114的比。通常，外部護套52可以具有至少5:1的縱橫比，并且在一些實施例中至少為10:1。

膜56沿著共同軸向長度116在護套腔室104中軸向延伸。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“共同軸向長度”指的是膜56布置在護套腔室104中的沿中央軸線106的長度。在典型實施例中，膜56可以沿著外部護套52的整個長度112連續(xù)延伸，其中，共同軸向長度116基本等于外部護套52的長度112。然而，在其它實施例中，外部護套52的長度112可以大于共同軸向長度116。

膜56可以優(yōu)選地為管狀且長形，以便具有至少2:1的縱橫比。然而，可以想到的是膜56可以具有用于將護套腔室104分隔成滯留側(cè)和滲透側(cè)的其它構(gòu)造，其中，液態(tài)流體在滯留側(cè)處接觸膜56以用于將氣體從流體分離進入滲透側(cè)。這種替代構(gòu)造的一個示例可以為基本上平面的膜，所述膜將護套腔室104分隔成滯留側(cè)和滲透側(cè)。

在圖示的實施例中，膜56是管狀并且在護套腔室104中軸向延伸。管狀膜56包括第一敞開端部118并且限定了具有內(nèi)腔軸線122的內(nèi)腔120，所述內(nèi)腔軸線122基本平行于中央軸線104并且可以基本與中央軸線104共同延伸。如此，膜56可以在外部護套52內(nèi)基本同軸和/或同心地延伸，并且可以由一個或者多個間隔構(gòu)件130支撐在其在護套腔室104中相對于外部護套52的相對位置中，所述間隔構(gòu)件130在護套腔室104中徑向插置在膜56和外部護套52之間。

在描述的示例性布置中，可以通過膜56的敞開端部118和真空泵30之間的流體連接經(jīng)由膜56的敞開端部118對內(nèi)腔120進行排氣。如上所述，可以在第一聯(lián)接器單元60處建立這樣的流體連接。一旦被排氣，內(nèi)腔120可以提供用于對液態(tài)流體進行除氣的驅(qū)動力，所述液態(tài)流體在腔室的滯留側(cè)處接觸膜56，并且位于膜56和外部護套52的內(nèi)表面102之間。亨利的分壓定律決定了分離驅(qū)動力，其中，在膜56的滯留側(cè)處流經(jīng)護套腔室104的液態(tài)流體內(nèi)夾帶的氣體將趨于被抽吸穿過半滲透膜56并且進入到內(nèi)腔120中的分壓相對較低的環(huán)境。因此，從液態(tài)流體穿過膜56被抽吸進入內(nèi)腔120中的氣體在例如真空泵30的驅(qū)動下通過敞開端部118從內(nèi)腔120被移除。這種布置可以稱作“由外側(cè)向內(nèi)(outside-in)”真空除氣。

還可以或者替代地利用吹掃流體從膜56的內(nèi)腔120對擴散氣體進行排氣。在具體實施例中，第二敞開端部119可以設(shè)置在膜56中，以使得環(huán)境空氣或者不同流體可以被抽吸穿過內(nèi)腔120，以便吹掃擴散氣體穿過第一敞開端部118，而且還可以防止由于穿過膜56的溶劑滲透蒸發(fā)而形成的內(nèi)腔120內(nèi)的溶劑凝結(jié)。在其它實施例中，可以閉合端部119，以使得管狀膜56僅僅在第一敞開端部118處敞開。

吹掃流體可以是氣態(tài)或者液態(tài)形式并且優(yōu)選地靠近待除氣的液態(tài)流體流動，但是通過分離膜56的壁與液態(tài)流體相隔開。在一些實施例中，這種吹掃流體沿著與正在除氣的液態(tài)流體的流動方向相反的方向流動，以使得增強液體除氣的效率。為了有效地對液態(tài)流體進行除氣，吹掃流體優(yōu)選地相對于從液態(tài)流體可操作地移除的目標氣態(tài)物具有相對較低的分壓(氣體)或者濃度(液體)。

關(guān)于所示出的實施例，可以將待除氣的液態(tài)流體沿著流體流動路徑66引導穿過液態(tài)流體入口42并且進入到護套腔室54中以用于在膜56的滯留側(cè)處相接觸。吹掃流體可以通過第二聯(lián)接器單元61的第二端口48被引入到裝置22中，并且隨后進入到膜56的第二敞開端部119中。吹掃流體在膜56的內(nèi)腔120內(nèi)的流動被沿著相反的方向引導穿過裝置22，并且最后通過第一敞開端部118和第一聯(lián)接器單元60的端口46離開裝置22。

待可操作地從第一流體和第二流體中指定的一個中除氣的目標氣體在指定的移除流體中的濃度應當高于在接收流體中的濃度，以用于輸送目標氣體穿過一個或者多個半滲透膜56。例如，當從圍繞護套腔室54中的管狀膜56流動的液態(tài)流體移除目標氣體時，流經(jīng)內(nèi)腔120的第二流體的目標氣體濃度應當?shù)陀诘谝灰簯B(tài)流體的目標氣體濃度。當存在這種情況時，吹掃流體移除在第一液態(tài)流體內(nèi)夾帶的氣體的至少一部分。

本發(fā)明還可以想到的是在此描述的用于對一種或者多種液態(tài)流體進行除氣的裝置還可以用于防止這種流體再次引入氣體。例如，先前已經(jīng)基本除氣的流體可以被引導經(jīng)過除氣裝置22，以使得在共同軸向長度116上流經(jīng)護套腔室104的液態(tài)流體不會吸收不期望的氣態(tài)組分或者至少不會吸收氣態(tài)組分的不期望的濃度。在預先除氣的流體必須從源轉(zhuǎn)移到目的地并且不吸收除氣裝置中的(therein)氣態(tài)組分的情況下，這個方面是重要的。因此，本發(fā)明的裝置使得能夠這樣輸送預先除氣的流體而沒有再次引入氣體的風險，這是因為腔室的滲透側(cè)處的減壓環(huán)境防止了氣態(tài)組分進入到液態(tài)流體流中。以這種方式，本發(fā)明的裝置可以稱作流體處理裝置，所述流體處理裝置可以用于對流體進行除氣和/或防止這種流體在輸送管線裝置中再次引入氣體。

外部護套52是液體不可滲透的，以便容納液態(tài)流體并且將液態(tài)流體輸送穿過護套腔室104。外部護套可以基本上為液體不可滲透和氣體不可滲透的，并且透氣率可以小于膜56的總透氣率，所述膜56的總透氣率包括護套腔室104中的多個膜56的總透氣率。用于外部護套52的示例性材料包括(改性etfe)、peek、fep、pfe、(可從ohio,akron的saintgobainperformanceplastics獲得的聚合物材料)等。外部管52可以優(yōu)選地對于液態(tài)流體是惰性的，以避免與液態(tài)流體的不期望的反應和/或污染。而且，外部管52可以優(yōu)選地為柔性的，以便允許不費力地操縱輸送管線裝置并且基本上不會有損壞外部管52的風險。如此，輸送管線裝置的一些實施例可以由使用者操縱成各種構(gòu)造，以便最佳地符合所需的應用。

膜56可以為一段或者多段管道的形式，以便在護套腔室104(滯留側(cè))和內(nèi)腔120之間形成氣體可滲透但是液體不可滲透的阻隔件。膜56因此優(yōu)選地為“半滲透的”，其中，膜56基本不能滲透液體，但同時能夠滲透氣體。在一些優(yōu)選實施例中，膜56為非多孔的，并且允許組分由于溶液擴散機理而非knudsen擴散機理通過平均自由程(meanfreepath)運輸穿過膜56。膜56可以由一種或多種材料制成，包括一層或者多層或者成復合形式。用于制造半滲透膜56的示例膜材料包括硅橡膠、聚四氟乙烯、非晶含氟聚合物(例如可從delaware,wilmington的e.i.dupontdenemoursandcompany獲得的af)，以及其它聚合物材料和非聚合物材料。由于分離膜具有對于某些氣態(tài)物的已知的滲透率以及已知的選擇性能的取值(selectivityvalu)，因此分離膜可以用于具體的應用。

間隔構(gòu)件130可以在護套腔室104中基本沿著整個共同軸向長度116徑向插置在膜56和外部護套52之間，以便將膜56與外部護套52的內(nèi)表面102保持成間隔關(guān)系。間隔構(gòu)件130限定了徑向間隙132，所述徑向間隙132被徑向限定在膜56和外部護套52的內(nèi)表面102之間。間隔構(gòu)件130可以是軸向布置在護套腔室104中的不同本體，并且圍繞中央軸線106圓周間隔開，以用于將膜56保持在護套腔室104中的相對徑向中央位置。在其它實施例中，一個或者多個間隔構(gòu)件130可以與外部護套52和/或膜56中的一個或者兩個一體地形成。在圖6和圖7示出的實施例中，多個間隔構(gòu)件130圍繞中央軸線106圓周間隔開并且基本平行于中央軸線106延伸。在這個實施例中，間隔構(gòu)件130是與外部護套52成一體的共擠出體，并且形成伸出部或者“肋狀部”，所述伸出部或者“肋狀部”從外部護套52的內(nèi)表面102大體徑向向內(nèi)延伸間隔尺寸134?？梢韵氲剑g隔尺寸134可以基本等于但是略微小于間隙132，其中，膜56可以在生產(chǎn)外部護套52之后插入到護套腔室104中，并且不會引發(fā)損壞性摩擦力或者撞擊力。間隔構(gòu)件130中的每一個均具有相等的間隔尺寸134，或者可以替代地具有不同的相應的間隔尺寸134，以便將膜56保持在護套通道104中的期望位置處。在一些實施例中，間隔構(gòu)件130可以構(gòu)造并且布置成將膜56同軸定位在護套腔室104中，其中，內(nèi)腔軸線122基本與中央軸線106同軸。在這種布置中，流體通道136可以在護套腔室104中圍繞膜56形成，以用于使液態(tài)流體與膜56接觸地流動經(jīng)過護套腔室104。在一些情況中，每條流動通道136的形狀和長度均可以基本相同，以及形狀和長度可以基本一致，以便對于流經(jīng)流動通道136的液態(tài)流體提供基本相等的流動阻力。間隙132限定在膜56和外部護套52的內(nèi)表面102的通道區(qū)域138之間，其中，內(nèi)表面102的通道區(qū)域138限定為內(nèi)表面102位于流動通道136處的部分。通常，這種通道區(qū)域138可以圓周限定在相鄰的間隔構(gòu)件130之間。

本發(fā)明的一方面是控制間隙132的尺寸，并且特別地控制外部護套52的內(nèi)表面102和分離膜56之間的間隔尺寸。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)控制間隙132和這種分離間隔能夠顯著地提高貫流式除氣裝置22中的除氣水平。為了有助于將管狀分離膜56準確定位在護套腔室104中，一個或者多個間隔構(gòu)件130可以定位在護套腔室104中，以在外部護套52的內(nèi)表面102和管狀分離膜56之間支撐和/或保持至少預定間隔。在一些實施例中，間隔構(gòu)件130連接到外部護套52，并且從內(nèi)表面102延伸間隔尺寸134，所述間隔尺寸134基本等于預定間隔。例如如圖8所示，在其它實施例中，一個或者多個間隔構(gòu)件150可以連接到管狀膜56并且從外表面57延伸間隔尺寸154。在這個實施例中，間隔構(gòu)件150可以為與管狀膜56成一體的共擠壓體。

為了增強除氣效率，應當降低氣體輸送阻力。在膜真空除氣應用中，輸送阻力主要源自于液相和膜。為了降低液相輸送阻力，減小了間隙132(溶劑深度)。然而，更小的間隙132增大了穿過護套腔室104的液態(tài)流體的流動阻力并且還可以導致難于制造。因此，在努力保持通道區(qū)域138處的內(nèi)表面102和膜56之間的充分間隔的同時努力減小間隙132的尺寸兩者之間優(yōu)選地取得平衡，以便限制流經(jīng)護套腔室104的液態(tài)流體中的壓降中的相應的增加?？梢圆捎闷渌鼧?gòu)造細節(jié)，以有助于減小液相阻力，例如通過液相中的局部混合來減小液相阻力。

為了計算流體通道136中沿著護套腔室104的壓降，我們使用darcy-weisbach方程：

其中，δp＝由于摩擦而導致的壓降

l＝護套腔室104沿著共同軸向長度116的長度

d＝護套腔室104沿著共同軸向長度116的水力直徑

ρ＝流體密度

v＝平均流速

fd＝darcy摩擦系數(shù)

考慮到形成環(huán)空流型(d＝d1－d2＝2l)(d1是更大的圓筒內(nèi)徑，d2是更小的圓筒外徑，l是間隙)，則壓降是：

因此壓降與間隙132的三次方成反比。本申請人確定可以推導出間隙132的適當尺寸作為分離膜56與外部護套52在通道區(qū)域138處的內(nèi)表面102之間的徑向間隔?？梢酝ㄟ^間隔構(gòu)件130、150的相應的間隔構(gòu)件尺寸134、154來控制這種間隔。本申請人確定間隔構(gòu)件尺寸134、154可以優(yōu)選地介于5微米至500微米之間。盡管間隔構(gòu)件尺寸134、154可能不精確地等于膜56與外部護套52在通道區(qū)域138處的內(nèi)表面102之間的實際間隔，但是間隔構(gòu)件130、150的存在和尺寸提供了這種間隔的優(yōu)選徑向尺寸，以便實現(xiàn)減小穿過護套腔室104的氣體輸送阻力和增加穿過護套腔室104的壓降之間的平衡。

應當理解的是間隙132可以限定為通道或其它流動區(qū)域，液態(tài)流體可以在所述通道或者其它流動區(qū)域內(nèi)與分離膜156的滯留側(cè)相接觸地流動。間隔構(gòu)件130、150是各種結(jié)構(gòu)的示例，所述各種結(jié)構(gòu)有效地保持管狀分離膜56和其徑向毗鄰表面之間的期望的間隔。這種徑向間隔在管狀分離膜56的徑向向外處提供了流體流動通道。這種流動通道的存在用于減小氣體到分離膜的液相輸送阻力，并且校準的間隔尺寸在有效的壓降參數(shù)內(nèi)使這種效果最大化。

在一些實施例中，間隔構(gòu)件130、150可以形成軸向?qū)实牧鲃油ǖ?36，本申請人確定所述流動通道136有助于除氣裝置22的質(zhì)量輸送特性。即，相鄰的間隔構(gòu)件130、150之間限定的流動通道可以提升流體流動特性，所述流體流動特性有利于氣體輸送穿過分離膜56。通常，裝置22采用一個或者多個間隔構(gòu)件，所述一個或者多個間隔構(gòu)件可以是定位在分離膜56和外部護套52之間的分離本體、從內(nèi)表面102延伸的外部護套52的一體部分、或者從分離膜56的外表面57向外延伸的一體特征。實施例可以在給定應用中使用這種間隔構(gòu)件類型中的任意一種或者多種。盡管所示出的間隔構(gòu)件130、150從相應的表面基本徑向延伸，但是可以想到的是還可以或者替代地設(shè)置非徑向布置的間隔構(gòu)件。

在圖9a和9b中示出了用于間隔構(gòu)件130的特定替代布置，其中，在所述布置中，間隔構(gòu)件130可以圍繞中央軸線106螺旋布置。在該布置中，流動通道136由螺旋卷繞的間隔構(gòu)件130引導圍繞分離膜56螺旋地延伸。這種布置對于穿過護套腔室104的液態(tài)流體的延長的接觸流動路徑尤為優(yōu)選。

可以想到，可以采用一個或者多個間隔構(gòu)件130、150以期望地將分離膜56定位在護套腔室104中，并且優(yōu)選地沿著中央軸線106基本居中。為了最小化間隔構(gòu)件130占據(jù)的體積以及間隔構(gòu)件130覆蓋在膜56的外表面57上的表面積，間隔元件130優(yōu)選地盡可能的薄，但同時仍具有足夠的結(jié)構(gòu)強度以保持膜56和外部護套52的內(nèi)表面102之間的所需間隔。為了實現(xiàn)這種平衡，間隔構(gòu)件130可以形成為多種構(gòu)造，例如，橫截面形狀包括矩形、三角形、橢圓、半圓和其它有效的形狀。還可以想到的是，可以采用足夠數(shù)量的間隔構(gòu)件130以將分離膜156與外部護套52保持成所需的間隔關(guān)系。示例性布置方案包括圍繞中央軸線106螺旋延伸的單個成螺旋狀的間隔構(gòu)件130、兩個或者多個這樣的成螺旋狀的間隔構(gòu)件130、和圍繞中央軸線106沿著圓周間隔開并且軸向延伸且基本平行于中央軸線106延伸的三個或者更多個間隔構(gòu)件130?？梢韵氲?，間隔構(gòu)件130、150可以沿著共同軸向長度116連續(xù)或者間斷地延伸。

在此已經(jīng)相當詳細地描述了本發(fā)明，以為了符合專利法規(guī)并且向本領(lǐng)域中的技術(shù)人員提供應用新穎原理并且根據(jù)需要構(gòu)造和使用本發(fā)明的實施例所需的信息。然而，應當理解的是可以用不同的方法/裝置實施本發(fā)明，并且應當理解的是在不偏離本發(fā)明自身的范圍的前提下可以實現(xiàn)多種修改。