包含熱交換器的串聯型泵的製作方法

2023-04-26 13:57:11

專利名稱：包含熱交換器的串聯型泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及泵單元，並且涉及流體分離系統，所述流體分離系統用於分離流動相 中的樣品流體的化合物。本發明還涉及操作泵單元的方法，所示泵單元包含初級活塞泵和 以流體連通方式串聯連接的次級活塞泵。
背景技術：
GB 276612A和US 259034IA公開了用於氣體壓縮的串聯泵，其中，在所述泵之間 進行氣體的冷卻。US 6627075B1公開了在HPLC柱中製備液體的體積流。國際專利申請WO 2006017121描述了用於高壓泵的反饋控制環，其改變了溶劑轉 運(transfer)過程中的蓄壓器速度和壓力。蓄壓器速度被調節來將系統壓力保持為等於 預期壓力，從而消除由熱效應導致的流動不足的效果。國際專利申請WO 2006103133A1涉及用於在計量裝置中控制活塞運動的方法。該 方法包括通過驅動計量裝置的活塞來供應流體，其中流體的壓縮或膨脹導致相應的溫度變 化。該方法還包括將校正運動疊加到活塞運動上，該校正運動至少部分地補償由溫度變化 引起的流體的熱膨脹和收縮中的至少一者。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種改進的泵單元，其包括以流體連通方式串聯連接的 初級活塞泵和次級活塞泵。該目的由獨立權利要求記載的技術方案解決。從屬權利要求示 出了進一步的實施方式。根據本發明各種實施方式的泵單元包括初級活塞泵、次級活塞泵以及適用於以流 體連通方式串聯連接所述初級活塞泵和所述次級活塞泵的流動通路。所述流動通路包含熱 交換器，其中，由所述初級活塞泵供應的流體在被供應到所述次級活塞泵之前通過所述熱 交換器，並且所述熱交換器適用於減小所述流體的溫度與所述次級活塞泵的溫度之間的溫度差。在現有技術的泵單元中，在供應到次級活塞泵的流體流中發生溫度變化。例如，在 初級活塞泵的操作期間，初級活塞泵中的一定體積的流體可能受到壓縮和膨脹，相應地，該 流體可能受熱或冷卻。這些溫度變化可能導致相應的體積變化，所述體積變化導致由泵單 元供應的流體流中的擾動。在現有技術的泵單元中，依賴於泵系統的結構，可以存在多種不同的用於平衡在 系統中發生的溫度變化的溫度馳豫過程。一般來說，數種具有不同時間常數的溫度馳豫過 程對拉平流體的任何溫度變化都有貢獻。總的溫度馳豫的時間行為可能依賴於多種不同參 數，包括活塞泵和流體管道的幾何性質和材料性質、熱容、導熱率尤其是流體本身的導熱率 等等。因此，難以了解給定系統中的溫度馳豫過程。通過在初級活塞泵和次級活塞泵之間的流動通路中設置熱交換器，消除了流體流中的任何類型的溫度變化。當將流體以比自然冷卻的時間常數更快地驅動通過熱交換器 時，那麼馳豫過程基本由將流體從初級活塞泵傳輸到次級活塞泵的主動驅動過程的時機所 控制。在下面，該過程將被稱為傳輸-填充階段。這樣，不管在熱交換器的上遊發生哪種類 型的溫度變化，熱交換器都適於實施良好受控的溫度馳豫過程。例如，熱交換器可以在用於 傳輸-填充階段的時間內使得流體流達到預定溫度。因此，在熱交換器上遊發生的溫度馳 豫變化不會影響流體系統的位於熱交換器下遊的那些部分。熱交換器能夠消除或減小熱交換器上遊所發生的溫度變化。結果，溫度引起的體 積變化也被消除或減小。因此，流體流被穩定，並且在泵單元的出口處提供了精確計量的流量。根據優選實施方式，熱交換器適用於基本上使得由所述初級活塞泵供應的所述流 體在所 述流體被供應到所述次級活塞泵之前達到預定溫度。因此，在傳輸_填充階段期間， 在熱交換器的上遊已發生的任何溫度變化被消除，並不會影響熱交換器下遊的系統行為。根據優選實施方式，熱交換器適用於基本上使得由所述初級活塞泵供應的所述流 體達到所述次級活塞泵的溫度。例如，熱交換器可以被熱耦合到次級活塞泵。因此，防止了 兩種不同溫度的流體在次級活塞泵中混合。因此，避免了由混合兩種具有不同溫度的流體 導致的任何擾動。在優選實施方式中，在通過了熱交換器之後，供應到次級活塞泵的流體具 有與次級活塞泵本身基本相同的溫度。優選地，熱交換器被保持在次級活塞泵的溫度。或 者，熱交換器可以例如保持在如下的溫度所述溫度即使在有限的傳熱效率下，也足以達到 接近次級活塞泵的溫度的溫度。根據優選實施方式，熱交換器適用於給供應到次級活塞泵的流體流施加良好受控 的溫度馳豫。根據優選實施方式，泵單元包括恆溫加熱元件，其適用於將所述熱交換器和所述 次級活塞泵兩者保持在預定溫度。根據另一優選實施例，熱交換器包括蓄熱器和一個或多 個與所述蓄熱器熱接觸的毛細管。根據優選實施例，泵的工作周期包括傳輸-填充階段，在該階段，所述初級活塞泵 供應流體流到次級活塞泵。在優選實施方式中，在傳輸-填充階段期間，由初級活塞泵供應的流體流被部分 地用於填充次級活塞泵，並且部分地用於維持被配送穿過次級活塞泵的另一流體流。因此， 在泵單元的出口處維持了連續的流體流。根據優選實施方式，在傳輸-填充階段期間，由初級活塞泵供應的流體流被運輸 通過熱交換器。根據另一優選實施方式，傳輸-填充階段佔泵單元的工作周期的不到10%。根據優選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用於控制所述初級活塞泵和所述 次級活塞泵中至少一者的活塞運動。根據另一優選實施方式，泵單元包括控制單元，所述控 制單元適用於控制所述初級活塞泵和所述次級活塞泵中至少一者的活塞運動，所述控制單 元適用於將至少一個校正運動疊加到所述初級活塞泵的活塞運動和所述次級活塞泵的活 塞運動中至少一者上，所述至少一個校正運動適用於補償由於所述流體的溫度變化導致的 體積效應。根據優選實施方式，在壓縮階段期間，在將流體流供應到所述次級活塞泵之前，所 述初級活塞泵適用於對所述初級活塞泵中所包含的一定體積的流體施加壓縮，使得所述體積的流體達到系統壓力。根據優選實施方式，在壓縮階段期間，在將流體流供應到所述次級活塞泵之前，所 述初級活塞泵適用於對所述初級活塞泵中所包含的一定體積的流體施加壓縮，使得所述體 積的流體達到系統壓力，其中，所述壓縮給所述體積的流體導致相應的溫度升高，所述溫度 升高導致所述初級活塞泵中所述包含的所述體積的流體的相應體積膨脹。根據優選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用於控制所述初級活塞泵和所述次級活塞泵中至少一者的活塞運動。所述控制單元適用於將第一校正運動疊加到所述初級 活塞泵的活塞運動上，所述第一校正運動適用於補償與通過壓縮所述初級活塞泵中包含的 一定體積的流體所導致的溫度升高相關的體積效應。根據優選實施方式，在壓縮階段期間，當所述初級活塞泵中所包含的流體被壓縮 到系統壓力時，通過減小施加到所述初級活塞泵中所包含的一定體積的流體上的壓縮，補 償與相應的溫度升高相關的體積膨脹。根據優選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用於控制所述初級活塞泵和所述 次級活塞泵中至少一者的活塞運動。所述控制單元適用於將第二校正運動疊加到所述初級 活塞泵的活塞運動上，所述第二校正運動適用於補償與由熱交換器施加的溫度馳豫相關的 體積效應。根據優選實施方式，當由所述初級活塞泵供應的流體流通過熱交換器時，溫度馳 豫的時間依賴性由通過所述熱交換器的所述流體的流率來確定。根據優選實施方式，由所述熱交換器所施加的溫度馳豫引起的體積效應通過如下 來補償只要所述流體流通過所述熱交換器，就將附加的速度疊加到所述初級活塞泵的活
塞運動上。根據優選實施方式，只要流體流通過所述熱交換器，就將附加的速度或速度分布 疊加到所述初級活塞泵的活塞運動上。根據本發明的實施方式的流體分離系統適用於分離運動相中的樣品流體的各種 化合物，所述流體分離系統包括運動相驅動裝置，優選為泵系統，其適用於驅動所述運動 相通過所述流體分離系統，所述運動相驅動裝置包括如上所述的泵單元；以及分離單元，優 選為色譜柱，其適用於分離所述運動相中的所述樣品流體的化合物。根據優選實施方式，流體分離系統包括如下至少一項樣品注入器，其適用於將所 述樣品流體引入到所述運動相中；檢測器，其適用於檢測所述樣品流體的經分離的化合物； 收集單元，其適用於收集所述樣品流體的經分離的化合物；數據處理單元，其適用於處理從 所述流體分離系統接收的數據；脫氣裝置，用於對所述運動相脫氣。根據本發明的實施方式，提供了一種操作泵單元的方法，所述泵單元包括以流體 連通方式串聯的初級活塞泵與次級活塞泵。所述方法包括將流體流從所述初級活塞泵供 應到所述次級活塞泵，以用流體再填充所述次級活塞泵；使由所述初級活塞泵供應的所述 流體流通過熱交換器，由此減小所述流體的溫度和所述次級活塞泵的溫度之間的溫度差。 同時，該流體流可以例如被提供到次級活塞泵的更下遊的系統。根據優選實施方式，所述方法包括將至少一個校正運動疊加到所述初級活塞泵的 活塞運動上，所述至少一個校正運動適用於補償與由於所述流體的收縮或膨脹導致的溫度 變化相關的體積效應。
本發明的實施方式可以部分地或完全地由一個或多個軟體程序來實現或支持，所 述軟體程序可以被存儲在任何類型的數據載體上，或以其它方式被提供，並且所述軟體程 序可以在任何合適的數據處理單元中或由任何合適的數據處理單元執行。軟體程序或例程 可以優選地被應用來控制初級活塞泵和次級活塞泵的活塞運動。


參考下面對於實施方式的更詳細描述並結合附圖，將容易了解和更好地理解本發 明的實施方式的其它目的和許多附帶優點。基本或功能相同或相似的特徵將由相同的標號 指代。圖1示出了雙活塞串聯型泵，所述雙活塞串聯型泵包含初級活塞泵，所述初級活 塞泵與次級活塞泵以流體連通方式串聯連接；
圖2A和圖2B圖示了初級活塞泵和次級活塞泵的活塞位置與時間的函數關係；圖3示出了泵系統中的流體的溫度變化與時間的函數關係；圖4示出了根據本發明的實施方式的泵系統，其具有包括在初級活塞泵和次級活 塞泵之間的流動通路中的熱交換器；圖5A和圖5B示出了疊加到初級活塞泵的活塞運動上的第一校正運動和第二校正 運動；圖6A和圖6B示出了在已經施加了所述校正運動之後初級活塞泵和次級活塞泵的 經校正的活塞運動；以及圖7A和圖7B示出了本發明的實施方式，其中，熱交換器被實現為適用於安裝到次 級活塞泵上的平面結構。
具體實施例方式圖IA示出了雙活塞串聯型泵，所述雙活塞串聯型泵包括初級活塞泵100，所述初 級活塞泵100與次級活塞泵101以流體連通方式串聯連接。初級活塞泵100包括具有入 口閥103的入口 102 ；在初級活塞泵100中往復運動的活塞104 ；以及具有出口閥106的出 口 105。出口 105與次級活塞泵101的入口 107以流體連通方式連接。出口閥106可以位 於沿通往入口 107的連接管線的任何位置處。活塞108在次級活塞泵101中往復運動。次 級活塞泵101還包括用於傳輸(deliver)流體流的出口 109。在初級活塞泵100的輸入階段中，入口閥103打開，出口閥106關斷，並且活塞104 向下運動，如箭頭110所示。經由入口 102，在大氣壓或接近大氣壓下的流體被吸入初級活 塞泵100的泵室中。同時，次級活塞泵101的活塞108向上運動，如箭頭111所示，並且在 出口 109配送(dispense)系統壓力下的流體。然後，在初級活塞泵100的隨後的壓縮階段期間，活塞104開始向上運動，如箭頭 112所示。入口閥103和出口閥106兩者都被關斷，包含在初級活塞泵100的泵室中的流體 被壓縮到系統壓力。例如，系統壓力可以處於數百巴或甚至大於千巴的範圍內。流體的壓 縮導致泵室中的流體的溫度升高ΔΤ，並且該溫度升高ΔΤ可能接著又導致泵室中的流體 的體積膨脹和/或壓力升高。一旦初級活塞泵100達到了系統壓力，出口閥106就被打開，並且在隨後的傳輸-填充階段期間，活塞104繼續向上運動，並且將流體流供應到次級活塞泵101。在這個 傳輸-填充階段期間，次級活塞泵101的活塞108向下運動，如箭頭113所示。由初級活塞 泵100供應的流體被用於填充次級活塞泵101的泵室，並且用於在次級活塞泵101的出口 109處保持連續的流體流。圖2A示出了活塞104的活塞位置pi與時間的函數關係，並且位於正下方的圖2B 示出了活塞108的活塞位置p2與時間的函數關係。在初級活塞泵100的輸入階段中，活塞 104執行向下行程200，流體被吸入初級活塞泵100的泵室中。同時，次級活塞泵101的活 塞108執行向上行程201，並在出口 109處配送連續的流體流。在一定體積的流體被吸入了初級活塞泵100的泵室中之後，活塞104執行向上運 動202，以將泵室中的流體壓縮到系統壓力。此急劇的向上運動202此後將被稱為「壓縮突 躍」。
在時間點203，出口閥106被打開，並且在傳輸-填充階段204期間，活塞104連續 其向上行程205，並且將流體流供應到次級活塞泵101。同時，次級活塞泵101的活塞108 執行向下行程206，以吸入由初級活塞泵100供應的流體。然後，整個泵周期被重複。初級活塞泵100的活塞104執行向下行程207，以吸入 流體，並且次級活塞泵101的活塞108執行向上行程208，以在出口 109處輸送流體。在傳輸-填充階段204期間，流體以約5到20ml/min的流率供應到次級活塞泵 101。由於這樣大的傳輸-填充速率，用於再填充次級活塞泵101所需的時間長度可以被保 持為非常短。在圖2A和2B所示的實施例中，傳輸-填充階段204僅僅佔據泵周期209的 小部分。在現有技術的泵系統中，傳輸-填充階段可能佔據泵周期的不到10%。但是，在泵系統的出口處得到的流量的穩定性和精度可能被初級活塞泵100所供 應的流體的溫度變化損害。這樣的溫度變化在泵系統中包含的流體中引起相應的體積變 化。在圖3中，初級活塞泵100中包含的流體的溫度變化被描述為時間的函數。在時 間點300，初級活塞泵100的活塞104執行壓縮突躍，以將泵室中包含的流體壓縮到系統壓 力。由於壓縮，初級活塞泵100中包含的流體被加熱，並且觀察到溫度升高Δ T。隨後，當初 級活塞泵100開始將流體傳輸到次級活塞泵101時，在壓縮階段中產生的熱被消散，由此可 能同時發生不同的消散過程。例如，第一熱量AQ1可能經由初級活塞泵100的壁消散，而 第二熱量AQ2可能經由流體管道的壁消散，所述流體管道連接初級活塞泵100和次級活塞 泵101。通常，多種熱消散過程各自具有特徵時間常數，並且多種熱消散過程各自對流體的 溫度馳豫(relaxation)有貢獻。因此，所觀察到的流體的溫度馳豫301以具有不同的特徵 時間常數的各種不同熱消散過程的疊加的形式獲得。在壓縮階段期間的溫度升高Δ T導致泵室中包含的流體的相應熱膨脹AV。然後， 隨後的溫度馳豫301導致流體的相應熱收縮。為了獲得泵系統在出口 109處的精確流量， 必需通過將校正運動疊加到泵系統的至少一個活塞的活塞運動上來補償由溫度變化導致 的熱膨脹和熱收縮。但是，由於所產生的熱的程度隨液體特性而不同以及由於多種不同的熱消散過 程，對於補償溫度馳豫301難以得到確切的模型。此外，溫度馳豫301強烈依賴於初級活塞 泵100中所包含的流體的總體積，因此，當確定對於活塞104的適當校正時，必需考慮活塞104的實際位置。一般來說，補償壓縮階段期間的熱膨脹△ V是非常容易的，但是難以得到 各種不同熱消散過程的精確模型。另一問題是由初級活塞泵100供應的流體的溫度不同於 次級活塞泵101中的流體的溫度，這可能在兩種流體在次級活塞泵101的泵室中混合時導 致進一步的流動擾動。根據本發明的實施方式，熱交換器以流體連通方式耦合到連接初級活塞泵和次級 活塞泵的流動通路中。因此，由初級活塞泵供應的流體在被提供到次級活塞泵之前必需通 過熱交換器。圖4示出了本發明的包含初級活塞泵400、熱交換器401和次級活塞泵402的實施 方式。初級活塞泵400包括具有入口閥404的入口 403 ；具有出口閥406的出口 405 ；以及 在初級活塞泵400的泵室中往復運動的活塞407。初級活塞泵400的出口 405與熱交換器 401的入口以流體連通方式連接。熱交換器401被保持在預定溫度下。為此，熱交換器401 可以例如與蓄熱器熱耦合。為了提高熱交換器401和通過熱交換器401的流體之間的熱接 觸，熱交換器401可以例如包含多個布置在熱交換器內部的熱交換元件408。熱交換元件 408可以例如被實現為由不鏽鋼製成的加強筋。通過熱交換元件408可以實現多種流體流 動方式，以強化液體與熱交換器的熱接觸。
熱交換器401的出口與次級活塞泵402的入口 409以流體連通方式耦合。次級活 塞泵402包含次級活塞泵402的泵室中往復運動的活塞401 ；以及出口 411。在次級活塞泵 402的出口 411處，獲得連續的流體流。當由初級活塞泵400供應的流體通過熱交換器401時，流體的溫度被帶向熱交換 器的溫度。因此，通過在初級活塞泵400的出口 406和次級活塞泵402的入口 409之間布 置在熱交換器401，通過熱交換器401的流體的良好受控的熱馳豫過程被執行。與圖3中所 示的、依賴於多種不同時間常數的複雜溫度馳豫301不同，本發明的實施方式提供了主要 由熱交換器401的存在所強迫的溫度馳豫過程。溫度馳豫由傳輸-填充階段期間初級活塞 泵400所供應的流體的流率來控制。因此，能預先準確地知道溫度馳豫行為，因此，可以以 簡單方式(例如通過將適當的校正運動疊加到初級活塞泵400和次級活塞泵402中的至少 一個的活塞運動上)來補償與流體的溫度變化相關的體積效應。在大多數情況下，已經在壓縮階段中被加熱的流體在通過熱交換器401時被冷 卻。但也可以是由初級活塞泵400供應的流體在通過熱交換器401時被加熱。在此情況下， 同樣會使通過熱交換器401的流體達到預定溫度。所疊加的校正運動可以呈現兩種方向。根據優選實施方式，熱交換器401被保持在與次級活塞泵402相同的溫度下，因 此，通過熱交換器401的流體基本達到次級活塞泵402的溫度。為了將熱交換器401和次級 活塞泵402兩者保持在相同溫度下，熱交換器401可以例如與次級活塞泵402熱耦合。在 此實施方式中，供應到次級活塞泵402的流體的溫度與次級活塞泵402本身的溫度相同，並 且因此，在傳輸-填充階段期間供應到次級活塞泵402的流體不會導致任何熱擾動。因此， 在出口 411處獲得穩定和連續的流體流。根據優選實施方式，熱交換器401和次級活塞泵402兩者都與同一蓄熱器412熱 耦合，所述同一蓄熱器412用虛線示出。所述同一蓄熱器412適用於將熱交換器401和次 級活塞泵402兩者保持在相同溫度下，所述相同溫度可以是可控的。初級活塞泵400中所包含的流體的壓縮和隨後流體在通過熱交換器401時的溫度馳豫導致泵系統中的流體的相應熱膨脹或收縮。為了在出口 411處獲得精確計量的流體 流，必需對活塞407和410中的至少之一的常規運動施加校正。在下面所述的實施方式中， 校正將僅僅被施加到初級活塞泵400的活塞運動上。
圖5A示出了在壓縮階段期間發生的泵室中的流體的熱膨脹如何被補償。在圖5A 中，圖示了初級活塞泵500。在壓縮階段期間，初級活塞泵500的入口閥501和出口閥502 都被關斷，並且活塞503執行壓縮突躍，以將一定體積的流體504從大氣壓壓縮到數百巴 (bar)或甚至大於千巴的系統壓力。在壓縮突躍期間，該體積的流體504受熱，並且該體積的流體504的溫度升高ΔΤ。 溫度升高Δ T導致該體積的流體504的相應體積膨脹Δ V。為了補償壓縮階段期間該一定體積的流體504的熱膨脹Δ V，根據熱膨脹Δ V而減 小由活塞503執行的壓縮突躍。活塞503僅僅執行經減小後的壓縮突躍，而不是執行常規 的壓縮突躍，以將額外的熱膨脹AV考慮在內。圖6Α中進一步示出了疊加到初級活塞泵的活塞503的常規運動上的校正運動。在 圖6Α下面，示出了相應的次級活塞泵的活塞的活塞運動，該活塞運動沒有經過任何校正。 從圖6Α可以看出，活塞503首先執行向下行程600以吸入流體。然後，在時間點601，活塞 503開始沿向上方向運動，並且將泵室中的一定體積的流體504壓縮到系統壓力。為了校正 該體積的流體504的熱膨脹，活塞503不執行常規的壓縮突躍602，而是執行減小的壓縮突 躍603，其中，常規壓縮突躍602與減小的壓縮突躍603之間的差等於在壓縮階段期間該體 積的流體504的熱膨脹Δ V。在執行了減小的壓縮突躍603之後，初級活塞泵500中包含的流體處於系統壓力。 現在，如圖5Β所示，活塞503繼續其向上的運動，出口閥502被打開，並且流體流在初級活 塞泵500的出口 505被配送。該流體流經由流體管道506和熱交換器507被供應到次級活 塞泵，利用以快速傳輸_填充模式運動的初級活塞，用由初級活塞泵500供應的流體填充次
級活塞泵的泵室。為了跟蹤與溫度變化相關的體積效應，在一定量的流體沿流體管道506行進並通 過熱交換器507時對其進行了觀察。在以僅僅小的溫度變化到達熱交換器507之前，該一 定量的流體佔據體積ClV115在該一定量的流體在熱交換器507中被冷卻的情況下，溫度降低 Δ The導致相應的流體體積ClV1的熱收縮。因此，在通過了熱交換器507之後，所觀察的體積 量的流體的體積dV2明顯小於流體體積ClV115在到達熱交換器507之前的體積ClV1和在通過 了熱交換器之後的體積dV2之間的關係可以被表示為如下 其中，AdV表示流體體積ClV1的熱收縮。熱收縮AdV可以由流體的熱膨脹係數 θ、溫度降低Δ The和體積ClV1表示如下 接著，假定體積ClV1的通過需要無限小的時間間隔dt。相應地，體積dV2的通過需 要同樣的無限小的時間間隔dt。因此，到達熱交換器507之前的單位時間的體積dV/dt與 通過熱交換器507之後的單位時間的體積dV2/dt可以按如下彼此關聯 到達熱交換器507之前的單位時間的體積dV/dt可以以流體速度V1表不

(4)其中，A表示流體管道506的橫截面。同樣，通過熱交換器507之後的流體的單位 時間的體積dV2/dt可以以流體速度V2表示如下
(5)其中，A表示流體管道506的橫截面。通過將這些關係代入上面的式(3)，得到體 積ClV1的速度V1與體積dV2的速度V2之間的關係
(7) 則速度V1與速度V2之間的關係可以被簡化為
(8)因此，當體積ClV1通過熱交換器507時，其經歷熱收縮，結果，體積ClV1的速度V1減 小。在熱交換器507的出口處，獲得以減小的速度V2行進的體積dV2。通過使通過熱交換 器507的體積ClV1冷卻，該體積本身和該體積的行進速度都減小，這是當一定體積的流體通 過熱交換器時經歷的熱收縮的結果。為了補償一定體積的流體在通過熱交換器時經歷的速度減小，附加的正向速度作 為校正運動被疊加到活塞503的正向運動上。以常規的正向速度ν/和附加的速度 < 的 總和來獲得活塞503的實際速度。例如，在通過熱交換器507的流體被冷卻的情況下，附加 的正向速度ν。』作為校正運動被疊加到常規的活塞運動上。在此情況下，體積ClV1的速度V1 和體積dV2的速度V2都增大。可以選擇附加的正向速度 <，從而獲得體積dV2的期望行進 速度V2O在圖6A中，示出了在傳輸-填充階段期間施加到初級活塞泵的活塞運動上的校正 運動的實施例。經校正的活塞運動605被執行，來代替從常規壓縮突躍602的終點開始的常 規活塞運動604(由虛線表示)，所述經校正的活塞運動605開始於經校正的壓縮突躍603 的終點。在圖6A中，可以看出經校正的活塞運動605的斜率比常規活塞運動604的斜率明 顯更陡。經校正的活塞運動605的增大的斜率對應於在活塞的向上行程期間向活塞503的 常規正向速度 < 增加附加的正向速度當初級活塞泵的傳輸階段完成時，活塞503執行向下運動，並且吸入處於大氣壓 下的流體。此輸入階段606也示於圖6A中。在位於圖6A下方的圖6B中，示出了次級活塞泵的活塞運動作為時間的函數。在 初級活塞泵的輸入階段600期間，次級活塞泵的活塞執行向上行程607，並在其出口處配送 連續的流體流。然後，在傳輸-填充階段608中，次級活塞泵的活塞沿向下方向運動，並且 次級活塞泵的泵容積被由初級活塞泵供應的流體流充滿。在傳輸_填充階段608中，由初 級活塞泵供應的流的僅僅一部分被用於保持次級活塞泵的出口處的連續的流體流。在次級 活塞泵的泵室被充滿之後，次級活塞泵的活塞執行向上行程609，並且再次在其出口配送流 體流。因此，為了校正熱效應，兩種不同的校正運動被施加到初級活塞泵500的常規活 塞運動作為第一校正運動，壓縮突躍的長度被根據泵室中包含的流體的熱膨脹AV而減 小。然後，作為第二校正運動，附加的速度在傳輸階段期間被疊加到初級活塞泵的活塞503的常規正向運動上。所述附加速度補償由熱交換器507引起的熱收縮。目前為止，假設了流體流在通過熱交換器507時被冷卻。但是，熱交換器507也可 以被構造成在流體被供應到次級活塞泵之前加熱流體。在流體在通過熱交換器507時被加 熱的情況下，可能需要將附加的反向速度作為校正運動施加到常規活塞運動上。在圖7A和7B中，示出了本發明的另一實施方式，其中，熱交換器被實現為安裝到次級活塞泵上的平面結構，所述平面結構包括多個流體通道。圖7A提供了該裝置的總體視 圖，其包括與次級活塞泵701以流體連通方式串聯連接的初級活塞泵700。平面熱交換器 702被安裝到次級活塞泵701的前側面。例如，熱交換器702可以例如通過接觸塊703固定 到次級活塞泵701上的前側面上，接觸塊703用螺釘固定到次級活塞泵701上。因此，在平 面熱交換器702 (優選為由金屬製成)和次級活塞泵701之間建立了優異的熱接觸。熱交 換器702被基本保持在次級活塞泵701的溫度。熱交換器702的入口 704與初級活塞泵700的出口 705以流體連通方式耦合。熱 交換器702的出口(在圖7A中沒有示出)與次級活塞泵701的入口以流體連通方式耦合。 因此，由初級活塞泵700供應的流體被運輸通過熱交換器702，然後被供應到次級活塞泵 701。熱交換器702適用於使得由初級活塞泵700供應的流體在所述流體被供應到次級活 塞泵701之前達到次級活塞泵的溫度。圖7B提供了熱交換器702的流體管線內部的內部路線的更詳細視圖。熱交換器 702可以例如被實現為由兩個或更多個相接金屬片的平面多層結構。熱交換器702包括輸 入通道706，所述輸入通道706與熱交換器702的入口 707以流體連通方式耦合。供應到輸 入通道706的流體被分配到多個輸運通道708A-708H。當通過輸運通道時，流體的溫度變為 熱交換器702的溫度。在流體通過了輸運通道708A-708H之後，流體由輸出通道709收集 並在熱交換器702的出口 710處被配送。出口 710與次級活塞泵701的入口以流體連通方 式華禹合。為了將熱交換器702安裝到次級活塞泵701，熱交換器702可以包括多個孔711和 切口 712。例如，熱交換器702可以用螺釘固定到次級活塞泵701的前側面上。因此，熱交 換器702和次級活塞泵701之間建立了熱接觸。
權利要求
一種泵單元，包括初級活塞泵(400)，次級活塞泵(402)，流動通路，其適用於以流體連通方式串聯連接所述初級活塞泵(400)和所述次級活塞泵(402)，其中，所述泵單元的工作周期包括傳輸-填充階段，在所述傳輸-填充階段中，所述初級活塞泵(400)將液體流供應到所述次級活塞泵(402)，並且在所述傳輸-填充階段期間，由所述初級活塞泵(400)供應的所述液體流被部分地用於填充所述次級活塞泵(402)，並且部分地用於維持被穿過所述次級活塞泵(402)而配送的另一液體流，所述流動通路包含熱交換器(401)，其中，由所述初級活塞泵(400)供應的液體在被供應到所述次級活塞泵(402)之前通過所述熱交換器(401)，所述熱交換器(401)適用於減小供應到熱交換器(401)的液體的溫度與所述次級活塞泵的溫度之間的溫度差，其中，所述熱交換器(401)被保持在所述次級活塞泵(402)的溫度，使得在通過了所述熱交換器(401)之後，供應到所述次級活塞泵(402)的液體具有與所述次級活塞泵(402)本身基本上相同的溫度。
2.如權利要求1所述的泵單元，其中，所述熱交換器適用於如下至少一項基本上使得由所述初級活塞泵供應的所述液體在所述液體被供應到所述次級活塞泵 之前達到預定溫度；基本上使得由所述初級活塞泵供應的所述液體達到所述次級活塞泵的溫度。
3.如權利要求1所述的泵單元，包括恆溫加熱元件，其適用於將所述熱交換器和所述次級活塞泵兩者都保持在預定溫度。
4.如權利要求1所述的泵單元，其中，所述熱交換器包括蓄熱器和一個或多個與所述蓄熱器熱接觸的毛細管。
5.如權利要求1所述的泵單元，包括控制單元，其適用於控制所述初級活塞泵和所述次級活塞泵中至少一者的活塞運動， 所述控制單元適用於將至少一個校正運動疊加到所述初級活塞泵的活塞運動和所述次級 活塞泵的活塞運動中的至少一者上，所述至少一個校正運動適用於補償由於所述液體的溫 度變化導致的體積效應。
6.一種用於使運動相中的樣品液體的化合物分離的液體分離系統，所述液體分離系統 包括運動相驅動裝置，其適用於驅動所述運動相通過所述液體分離系統，所述運動相驅動 裝置包括根據權利要求1所述的泵單元；以及分離單元，其適用於分離所述運動相中的所述樣品液體的化合物。
7.如權利要求6所述的液體分離系統，還包括如下至少一項 樣品注入器，其適用於將所述樣品液體引入到所述運動相中； 檢測器，其適用於檢測所述樣品液體的經分離的化合物； 收集單元，其適用於收集所述樣品液體的經分離的化合物； 數據處理單元，其適用於處理從所述液體分離系統接收的數據； 脫氣裝置，用於對所述運動相進行脫氣。
8.一種操作泵單元的方法，所述泵單元包括以流體連通方式與次級活塞泵(402)串聯 的初級活塞泵(400)，其中，所述泵單元的工作周期包括傳輸_填充階段，在所述傳輸_填 充階段中，所述初級活塞泵(400)將液體流供應到所述次級活塞泵(402)，並且在所述傳 輸-填充階段期間，由所述初級活塞泵(400)供應的所述液體流被部分地用於填充所述次 級活塞泵(402)，並且部分地用於維持被穿過所述次級活塞泵(402)而配送的另一液體流， 所述方法包括將液體流從所述初級活塞泵(400)供應到所述次級活塞泵(402)，以用液體再填充所 述次級活塞泵(402)；使得由所述初級活塞泵(400)供應的所述液體流通過熱交換器(401)，從而減小供應 到熱交換器(401)的液體的溫度與所述次級活塞泵的溫度之間的溫度差，其中，所述熱交 換器(401)被保持在所述次級活塞泵(402)的溫度，使得在通過了所述熱交換器(401)之 後，供應到所述次級活塞泵(402)的液體具有與所述次級活塞泵(402)本身基本上相同的 溫度。
9.如權利要求8所述的方法，包括將至少一個校正運動疊加到所述初級活塞泵的活塞運動和所述次級活塞泵的活塞運 動中的至少一者上，所述至少一個校正運動適用於補償與由所述液體的壓縮或膨脹所導致 的溫度變化相關的體積效應。
10.如權利要求8所述的方法，其中，在壓縮階段期間，在將液體流供應到所述次級活塞泵之前，所述初級活塞泵適用於對 所述初級活塞泵中所包含的液體體積施加壓縮，使得該體積的液體達到系統壓力，其中，優 選地，所述壓縮導致該體積的液體有相應的溫度升高，所述溫度升高導致所述初級活塞泵 中所包含的該體積的液體有相應的體積膨脹。
11.如權利要求8所述的方法，其中，在壓縮階段期間，當所述初級活塞泵中所包含的所述液體被壓縮到系統壓力時，通過 減小對所述初級活塞泵中包含的液體體積所施加的壓縮，來補償與相應的溫度升高相關的 體積膨脹。
12.如權利要求8所述的方法，其中，當由所述初級活塞泵供應的液體流通過所述熱交換器時，溫度馳豫的時間依賴性由通 過所述熱交換器的所述液體的流率來確定。
13.如權利要求8所述的方法，其中，由所述熱交換器所施加的溫度馳豫引起的體積效應通過如下方式來補償只要所述液 體流通過所述熱交換器，就將附加的速度疊加到所述初級活塞泵的活塞運動上。
14.如權利要求8所述的方法，其中，在所述液體在通過所述熱交換器時被冷卻的情況下，通過將附加的正向速度疊加到所 述初級活塞泵的活塞運動上，來補償相應的線性體積收縮。
15.如權利要求8所述的方法，其中，在所述液體在通過所述熱交換器時被加熱的情況下，通過將附加的反向速度疊加到所 述初級活塞泵的活塞運動上，來補償相應的線性體積膨脹。
16.如權利要求8所述的方法，其中，只要液體流通過所述熱交換器，附加速度就被疊加到所述初級活塞泵的活塞運動上。
17. 一種軟體程序或產品，其優選地存儲在數據載體上，用於在數據處理系統上運行時 控制如權利要求8所述的方法，所述數據處理系統諸如為計算機。
全文摘要
本發明涉及包含熱交換器的串聯型泵。一種泵單元包括初級活塞泵、次級活塞泵和適於以流體連通方式串聯連接初級活塞泵和次級活塞泵的流動通路。泵單元的工作周期包括傳輸-填充階段，在該階段，初級活塞泵將液體流供應到次級活塞泵，由初級活塞泵供應的液體流被部分地用於填充次級活塞泵，並部分地用於維持被配送穿過次級活塞泵的另一液體流。流動通路包含熱交換器，由初級活塞泵供應的液體在被供應到次級活塞泵之前通過熱交換器。熱交換器適於減小供應到熱交換器的液體的溫度與次級活塞泵的溫度之間的溫度差，其中，熱交換器被保持在次級活塞泵的溫度，使得在通過熱交換器之後，供應到次級活塞泵的液體具有與次級活塞泵本身基本相同的溫度。
文檔編號F04B23/06GK101865109SQ201010154209
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者克勞斯·威特, 康斯坦丁·喬伊海特, 菲利普·赫組戈 申請人:安捷倫科技有限公司