專利名稱：包含熱交換器的串聯(lián)型泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及泵單元，并且涉及流體分離系統(tǒng)，所述流體分離系統(tǒng)用于分離流動相 中的樣品流體的化合物。本發(fā)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(lián)連接的次級活塞泵。
背景技術(shù)：
GB 276612A和US 259034IA公開了用于氣體壓縮的串聯(lián)泵，其中，在所述泵之間 進(jìn)行氣體的冷卻。US 6627075B1公開了在HPLC柱中制備液體的體積流。國際專利申請WO 2006017121描述了用于高壓泵的反饋控制環(huán)，其改變了溶劑轉(zhuǎn) 運(transfer)過程中的蓄壓器速度和壓力。蓄壓器速度被調(diào)節(jié)來將系統(tǒng)壓力保持為等于 預(yù)期壓力，從而消除由熱效應(yīng)導(dǎo)致的流動不足的效果。國際專利申請WO 2006103133A1涉及用于在計量裝置中控制活塞運動的方法。該 方法包括通過驅(qū)動計量裝置的活塞來供應(yīng)流體，其中流體的壓縮或膨脹導(dǎo)致相應(yīng)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(bǔ)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的泵單元，其包括以流體連通方式串聯(lián)連接的 初級活塞泵和次級活塞泵。該目的由獨立權(quán)利要求記載的技術(shù)方案解決。從屬權(quán)利要求示 出了進(jìn)一步的實施方式。根據(jù)本發(fā)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于以流 體連通方式串聯(lián)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(yīng)的流體在被供應(yīng)到所述次級活塞泵之前通過所述熱 交換器，并且所述熱交換器適用于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(xiàn)有技術(shù)的泵單元中，在供應(yīng)到次級活塞泵的流體流中發(fā)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(yīng)地，該 流體可能受熱或冷卻。這些溫度變化可能導(dǎo)致相應(yīng)的體積變化，所述體積變化導(dǎo)致由泵單 元供應(yīng)的流體流中的擾動。在現(xiàn)有技術(shù)的泵單元中，依賴于泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以存在多種不同的用于平衡在 系統(tǒng)中發(fā)生的溫度變化的溫度馳豫過程。一般來說，數(shù)種具有不同時間常數(shù)的溫度馳豫過 程對拉平流體的任何溫度變化都有貢獻(xiàn)。總的溫度馳豫的時間行為可能依賴于多種不同參 數(shù)，包括活塞泵和流體管道的幾何性質(zhì)和材料性質(zhì)、熱容、導(dǎo)熱率尤其是流體本身的導(dǎo)熱率 等等。因此，難以了解給定系統(tǒng)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(shè)置熱交換器，消除了流體流中的任何類型的溫度變化。當(dāng)將流體以比自然冷卻的時間常數(shù)更快地驅(qū)動通過熱交換器 時，那么馳豫過程基本由將流體從初級活塞泵傳輸?shù)酱渭壔钊玫闹鲃域?qū)動過程的時機(jī)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游發(fā)生哪種類 型的溫度變化，熱交換器都適于實施良好受控的溫度馳豫過程。例如，熱交換器可以在用于 傳輸-填充階段的時間內(nèi)使得流體流達(dá)到預(yù)定溫度。因此，在熱交換器上游發(fā)生的溫度馳 豫變化不會影響流體系統(tǒng)的位于熱交換器下游的那些部分。熱交換器能夠消除或減小熱交換器上游所發(fā)生的溫度變化。結(jié)果，溫度引起的體 積變化也被消除或減小。因此，流體流被穩(wěn)定，并且在泵單元的出口處提供了精確計量的流量。根據(jù)優(yōu)選實施方式，熱交換器適用于基本上使得由所述初級活塞泵供應(yīng)的所述流 體在所 述流體被供應(yīng)到所述次級活塞泵之前達(dá)到預(yù)定溫度。因此，在傳輸_填充階段期間， 在熱交換器的上游已發(fā)生的任何溫度變化被消除，并不會影響熱交換器下游的系統(tǒng)行為。根據(jù)優(yōu)選實施方式，熱交換器適用于基本上使得由所述初級活塞泵供應(yīng)的所述流 體達(dá)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(dǎo)致的任何擾動。在優(yōu)選實施方式中，在通過了熱交換器之后，供應(yīng)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(yōu)選地，熱交換器被保持在次級活塞泵的溫度?；?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(dá)到 接近次級活塞泵的溫度的溫度。根據(jù)優(yōu)選實施方式，熱交換器適用于給供應(yīng)到次級活塞泵的流體流施加良好受控 的溫度馳豫。根據(jù)優(yōu)選實施方式，泵單元包括恒溫加熱元件，其適用于將所述熱交換器和所述 次級活塞泵兩者保持在預(yù)定溫度。根據(jù)另一優(yōu)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(xì)管。根據(jù)優(yōu)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(yīng)流體流到次級活塞泵。在優(yōu)選實施方式中，在傳輸-填充階段期間，由初級活塞泵供應(yīng)的流體流被部分 地用于填充次級活塞泵，并且部分地用于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(xù)的流體流。根據(jù)優(yōu)選實施方式，在傳輸-填充階段期間，由初級活塞泵供應(yīng)的流體流被運輸 通過熱交換器。根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，傳輸-填充階段占泵單元的工作周期的不到10%。根據(jù)優(yōu)選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用于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(jù)另一優(yōu)選實施方式，泵單元包括控制單元，所述控 制單元適用于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 元適用于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于補(bǔ)償由于所述流體的溫度變化導(dǎo)致的 體積效應(yīng)。根據(jù)優(yōu)選實施方式，在壓縮階段期間，在將流體流供應(yīng)到所述次級活塞泵之前，所 述初級活塞泵適用于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(dá)到系統(tǒng)壓力。根據(jù)優(yōu)選實施方式，在壓縮階段期間，在將流體流供應(yīng)到所述次級活塞泵之前，所 述初級活塞泵適用于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(dá)到系統(tǒng)壓力，其中，所述壓縮給所述體積的流體導(dǎo)致相應(yīng)的溫度升高，所述溫度 升高導(dǎo)致所述初級活塞泵中所述包含的所述體積的流體的相應(yīng)體積膨脹。根據(jù)優(yōu)選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用于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。所述控制單元適用于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于補(bǔ)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(dǎo)致的溫度升高相關(guān)的體積效應(yīng)。根據(jù)優(yōu)選實施方式，在壓縮階段期間，當(dāng)所述初級活塞泵中所包含的流體被壓縮 到系統(tǒng)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(bǔ) 償與相應(yīng)的溫度升高相關(guān)的體積膨脹。根據(jù)優(yōu)選實施方式，泵單元包括控制單元，其適用于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。所述控制單元適用于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于補(bǔ)償與由熱交換器施加的溫度馳豫相關(guān)的 體積效應(yīng)。根據(jù)優(yōu)選實施方式，當(dāng)由所述初級活塞泵供應(yīng)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(jù)優(yōu)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(yīng)通過如下 來補(bǔ)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(jù)優(yōu)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(jù)本發(fā)明的實施方式的流體分離系統(tǒng)適用于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(tǒng)包括運動相驅(qū)動裝置，優(yōu)選為泵系統(tǒng)，其適用于驅(qū)動所述運動 相通過所述流體分離系統(tǒng)，所述運動相驅(qū)動裝置包括如上所述的泵單元；以及分離單元，優(yōu) 選為色譜柱，其適用于分離所述運動相中的所述樣品流體的化合物。根據(jù)優(yōu)選實施方式，流體分離系統(tǒng)包括如下至少一項樣品注入器，其適用于將所 述樣品流體引入到所述運動相中；檢測器，其適用于檢測所述樣品流體的經(jīng)分離的化合物； 收集單元，其適用于收集所述樣品流體的經(jīng)分離的化合物；數(shù)據(jù)處理單元，其適用于處理從 所述流體分離系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)；脫氣裝置，用于對所述運動相脫氣。根據(jù)本發(fā)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(lián)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(yīng)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(yīng)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游的系統(tǒng)。根據(jù)優(yōu)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于補(bǔ)償與由于所述流體的收縮或膨脹導(dǎo)致的溫度 變化相關(guān)的體積效應(yīng)。
本發(fā)明的實施方式可以部分地或完全地由一個或多個軟件程序來實現(xiàn)或支持，所 述軟件程序可以被存儲在任何類型的數(shù)據(jù)載體上，或以其它方式被提供，并且所述軟件程 序可以在任何合適的數(shù)據(jù)處理單元中或由任何合適的數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行。軟件程序或例程 可以優(yōu)選地被應(yīng)用來控制初級活塞泵和次級活塞泵的活塞運動。


參考下面對于實施方式的更詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，將容易了解和更好地理解本發(fā) 明的實施方式的其它目的和許多附帶優(yōu)點?；净蚬δ芟嗤蛳嗨频奶卣鲗⒂上嗤臉?biāo)號 指代。圖1示出了雙活塞串聯(lián)型泵，所述雙活塞串聯(lián)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(lián)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(shù)關(guān)系；圖3示出了泵系統(tǒng)中的流體的溫度變化與時間的函數(shù)關(guān)系；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的泵系統(tǒng)，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(jīng)施加了所述校正運動之后初級活塞泵和次級活塞泵的 經(jīng)校正的活塞運動；以及圖7A和圖7B示出了本發(fā)明的實施方式，其中，熱交換器被實現(xiàn)為適用于安裝到次 級活塞泵上的平面結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式圖IA示出了雙活塞串聯(lián)型泵，所述雙活塞串聯(lián)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(lián)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(fù)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 于沿通往入口 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(fù)運動。次 級活塞泵101還包括用于傳輸(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(guān)斷，并且活塞104 向下運動，如箭頭110所示。經(jīng)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，并且在 出口 109配送(dispense)系統(tǒng)壓力下的流體。然后，在初級活塞泵100的隨后的壓縮階段期間，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(guān)斷，包含在初級活塞泵100的泵室中的流體 被壓縮到系統(tǒng)壓力。例如，系統(tǒng)壓力可以處于數(shù)百巴或甚至大于千巴的范圍內(nèi)。流體的壓 縮導(dǎo)致泵室中的流體的溫度升高ΔΤ，并且該溫度升高ΔΤ可能接著又導(dǎo)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(dá)到了系統(tǒng)壓力，出口閥106就被打開，并且在隨后的傳輸-填充階段期間，活塞104繼續(xù)向上運動，并且將流體流供應(yīng)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(yīng)的流體被用于填充次級活塞泵101的泵室，并且用于在次級活塞泵101的出口 109處保持連續(xù)的流體流。圖2A示出了活塞104的活塞位置pi與時間的函數(shù)關(guān)系，并且位于正下方的圖2B 示出了活塞108的活塞位置p2與時間的函數(shù)關(guān)系。在初級活塞泵100的輸入階段中，活塞 104執(zhí)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(zhí)行向上行程201，并在出口 109處配送連續(xù)的流體流。在一定體積的流體被吸入了初級活塞泵100的泵室中之后，活塞104執(zhí)行向上運 動202，以將泵室中的流體壓縮到系統(tǒng)壓力。此急劇的向上運動202此后將被稱為“壓縮突 躍”。
在時間點203，出口閥106被打開，并且在傳輸-填充階段204期間，活塞104連續(xù) 其向上行程205，并且將流體流供應(yīng)到次級活塞泵101。同時，次級活塞泵101的活塞108 執(zhí)行向下行程206，以吸入由初級活塞泵100供應(yīng)的流體。然后，整個泵周期被重復(fù)。初級活塞泵100的活塞104執(zhí)行向下行程207，以吸入 流體，并且次級活塞泵101的活塞108執(zhí)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(yīng)到次級活塞泵 101。由于這樣大的傳輸-填充速率，用于再填充次級活塞泵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僅僅占據(jù)泵周期209的 小部分。在現(xiàn)有技術(shù)的泵系統(tǒng)中，傳輸-填充階段可能占據(jù)泵周期的不到10%。但是，在泵系統(tǒng)的出口處得到的流量的穩(wěn)定性和精度可能被初級活塞泵100所供 應(yīng)的流體的溫度變化損害。這樣的溫度變化在泵系統(tǒng)中包含的流體中引起相應(yīng)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(shù)。在時 間點300，初級活塞泵100的活塞104執(zhí)行壓縮突躍，以將泵室中包含的流體壓縮到系統(tǒng)壓 力。由于壓縮，初級活塞泵100中包含的流體被加熱，并且觀察到溫度升高Δ T。隨后，當(dāng)初 級活塞泵100開始將流體傳輸?shù)酱渭壔钊?01時，在壓縮階段中產(chǎn)生的熱被消散，由此可 能同時發(fā)生不同的消散過程。例如，第一熱量AQ1可能經(jīng)由初級活塞泵100的壁消散，而 第二熱量AQ2可能經(jīng)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征時間常數(shù)，并且多種熱消散過程各自對流體的 溫度馳豫(relaxation)有貢獻(xiàn)。因此，所觀察到的流體的溫度馳豫301以具有不同的特征 時間常數(shù)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(dǎo)致泵室中包含的流體的相應(yīng)熱膨脹AV。然后， 隨后的溫度馳豫301導(dǎo)致流體的相應(yīng)熱收縮。為了獲得泵系統(tǒng)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(tǒng)的至少一個活塞的活塞運動上來補(bǔ)償由溫度變化導(dǎo)致 的熱膨脹和熱收縮。但是，由于所產(chǎn)生的熱的程度隨液體特性而不同以及由于多種不同的熱消散過 程，對于補(bǔ)償溫度馳豫301難以得到確切的模型。此外，溫度馳豫301強(qiáng)烈依賴于初級活塞 泵100中所包含的流體的總體積，因此，當(dāng)確定對于活塞104的適當(dāng)校正時，必需考慮活塞104的實際位置。一般來說，補(bǔ)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(yīng)的流體的溫度不同于 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(dǎo) 致進(jìn)一步的流動擾動。根據(jù)本發(fā)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(yīng)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(fā)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(fù)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(yù)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(nèi)部的熱交換元件408。熱交換元件 408可以例如被實現(xiàn)為由不銹鋼制成的加強(qiáng)筋。通過熱交換元件408可以實現(xiàn)多種流體流 動方式，以強(qiáng)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(fù)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(xù)的流體流。當(dāng)由初級活塞泵400供應(yīng)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(zhí)行。與圖3中所 示的、依賴于多種不同時間常數(shù)的復(fù)雜溫度馳豫301不同，本發(fā)明的實施方式提供了主要 由熱交換器401的存在所強(qiáng)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(yīng)的流體的流率來控制。因此，能預(yù)先準(zhǔn)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(dāng)?shù)男Ｕ\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(bǔ)償與流體的溫度變化相關(guān)的體積效應(yīng)。在大多數(shù)情況下，已經(jīng)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(yīng)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(dá)到預(yù)定溫度。所疊加的校正運動可以呈現(xiàn)兩種方向。根據(jù)優(yōu)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(dá)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(yīng)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，并 且因此，在傳輸-填充階段期間供應(yīng)到次級活塞泵402的流體不會導(dǎo)致任何熱擾動。因此， 在出口 411處獲得穩(wěn)定和連續(xù)的流體流。根據(jù)優(yōu)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適用于將熱交換器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后流體在通過熱交換器401時的溫度馳豫導(dǎo)致泵系統(tǒng)中的流體的相應(yīng)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(guī)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(fā)生的泵室中的流體的熱膨脹如何被補(bǔ)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(guān)斷，并且活塞503執(zhí)行壓縮突躍，以將一定體積的流體504從大氣壓壓縮到數(shù)百巴 (bar)或甚至大于千巴的系統(tǒng)壓力。在壓縮突躍期間，該體積的流體504受熱，并且該體積的流體504的溫度升高ΔΤ。 溫度升高Δ T導(dǎo)致該體積的流體504的相應(yīng)體積膨脹Δ V。為了補(bǔ)償壓縮階段期間該一定體積的流體504的熱膨脹Δ V，根據(jù)熱膨脹Δ V而減 小由活塞503執(zhí)行的壓縮突躍?；钊?03僅僅執(zhí)行經(jīng)減小后的壓縮突躍，而不是執(zhí)行常規(guī) 的壓縮突躍，以將額外的熱膨脹AV考慮在內(nèi)。圖6Α中進(jìn)一步示出了疊加到初級活塞泵的活塞503的常規(guī)運動上的校正運動。在 圖6Α下面，示出了相應(yīng)的次級活塞泵的活塞的活塞運動，該活塞運動沒有經(jīng)過任何校正。 從圖6Α可以看出，活塞503首先執(zhí)行向下行程600以吸入流體。然后，在時間點601，活塞 503開始沿向上方向運動，并且將泵室中的一定體積的流體504壓縮到系統(tǒng)壓力。為了校正 該體積的流體504的熱膨脹，活塞503不執(zhí)行常規(guī)的壓縮突躍602，而是執(zhí)行減小的壓縮突 躍603，其中，常規(guī)壓縮突躍602與減小的壓縮突躍603之間的差等于在壓縮階段期間該體 積的流體504的熱膨脹Δ V。在執(zhí)行了減小的壓縮突躍603之后，初級活塞泵500中包含的流體處于系統(tǒng)壓力。 現(xiàn)在，如圖5Β所示，活塞503繼續(xù)其向上的運動，出口閥502被打開，并且流體流在初級活 塞泵500的出口 505被配送。該流體流經(jīng)由流體管道506和熱交換器507被供應(yīng)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(yīng)的流體填充次
級活塞泵的泵室。為了跟蹤與溫度變化相關(guān)的體積效應(yīng)，在一定量的流體沿流體管道506行進(jìn)并通 過熱交換器507時對其進(jìn)行了觀察。在以僅僅小的溫度變化到達(dá)熱交換器507之前，該一 定量的流體占據(jù)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(dǎo)致相應(yīng)的流體體積ClV1的熱收縮。因此，在通過了熱交換器507之后，所觀察的體積 量的流體的體積dV2明顯小于流體體積ClV115在到達(dá)熱交換器507之前的體積ClV1和在通過 了熱交換器之后的體積dV2之間的關(guān)系可以被表示為如下 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系數(shù) 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(yīng)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(dá)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之后的單位時間的體積dV2/dt可以按如下彼此關(guān)聯(lián) 到達(dá)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之后的流體的單位 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(guān)系代入上面的式(3)，得到體 積ClV1的速度V1與體積dV2的速度V2之間的關(guān)系
(7) 則速度V1與速度V2之間的關(guān)系可以被簡化為
(8)因此，當(dāng)體積ClV1通過熱交換器507時，其經(jīng)歷熱收縮，結(jié)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(jìn)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(jìn)速度都減小，這是當(dāng)一定體積的流體通 過熱交換器時經(jīng)歷的熱收縮的結(jié)果。為了補(bǔ)償一定體積的流體在通過熱交換器時經(jīng)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(guī)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(guī)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(jìn) 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(jīng)校正的活塞運動605被執(zhí)行，來代替從常規(guī)壓縮突躍602的終點開始的常 規(guī)活塞運動604(由虛線表示)，所述經(jīng)校正的活塞運動605開始于經(jīng)校正的壓縮突躍603 的終點。在圖6A中，可以看出經(jīng)校正的活塞運動605的斜率比常規(guī)活塞運動604的斜率明 顯更陡。經(jīng)校正的活塞運動605的增大的斜率對應(yīng)于在活塞的向上行程期間向活塞503的 常規(guī)正向速度 < 增加附加的正向速度當(dāng)初級活塞泵的傳輸階段完成時，活塞503執(zhí)行向下運動，并且吸入處于大氣壓 下的流體。此輸入階段606也示于圖6A中。在位于圖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(shù)。在 初級活塞泵的輸入階段600期間，次級活塞泵的活塞執(zhí)行向上行程607，并在其出口處配送 連續(xù)的流體流。然后，在傳輸-填充階段608中，次級活塞泵的活塞沿向下方向運動，并且 次級活塞泵的泵容積被由初級活塞泵供應(yīng)的流體流充滿。在傳輸_填充階段608中，由初 級活塞泵供應(yīng)的流的僅僅一部分被用于保持次級活塞泵的出口處的連續(xù)的流體流。在次級 活塞泵的泵室被充滿之后，次級活塞泵的活塞執(zhí)行向上行程609，并且再次在其出口配送流 體流。因此，為了校正熱效應(yīng)，兩種不同的校正運動被施加到初級活塞泵500的常規(guī)活 塞運動作為第一校正運動，壓縮突躍的長度被根據(jù)泵室中包含的流體的熱膨脹AV而減 小。然后，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(guī)正向運動上。所述附加速度補(bǔ)償由熱交換器507引起的熱收縮。目前為止，假設(shè)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(gòu)造成在流體被供應(yīng)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(guī)活塞運動上。在圖7A和7B中，示出了本發(fā)明的另一實施方式，其中，熱交換器被實現(xiàn)為安裝到次級活塞泵上的平面結(jié)構(gòu)，所述平面結(jié)構(gòu)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(lián)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(cè)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(cè)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(yōu)選為由金屬制成)和次級活塞泵701之間建立了優(yōu)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(yīng)的流體被運輸通過熱交換器702，然后被供應(yīng)到次級活塞泵 701。熱交換器702適用于使得由初級活塞泵700供應(yīng)的流體在所述流體被供應(yīng)到次級活 塞泵701之前達(dá)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(nèi)部的內(nèi)部路線的更詳細(xì)視圖。熱交換器 702可以例如被實現(xiàn)為由兩個或更多個相接金屬片的平面多層結(jié)構(gòu)。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(yīng)到輸 入通道706的流體被分配到多個輸運通道708A-708H。當(dāng)通過輸運通道時，流體的溫度變?yōu)?熱交換器702的溫度。在流體通過了輸運通道708A-708H之后，流體由輸出通道709收集 并在熱交換器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(cè)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(quán)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，其適用于以流體連通方式串聯(lián)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(yīng)到所述次級活塞泵(402)，并且在所述傳輸-填充階段期間，由所述初級活塞泵(400)供應(yīng)的所述液體流被部分地用于填充所述次級活塞泵(402)，并且部分地用于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(yīng)的液體在被供應(yīng)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)適用于減小供應(yīng)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)之后，供應(yīng)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(quán)利要求1所述的泵單元，其中，所述熱交換器適用于如下至少一項基本上使得由所述初級活塞泵供應(yīng)的所述液體在所述液體被供應(yīng)到所述次級活塞泵 之前達(dá)到預(yù)定溫度；基本上使得由所述初級活塞泵供應(yīng)的所述液體達(dá)到所述次級活塞泵的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的泵單元，包括恒溫加熱元件，其適用于將所述熱交換器和所述次級活塞泵兩者都保持在預(yù)定溫度。
4.如權(quán)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(xì)管。
5.如權(quán)利要求1所述的泵單元，包括控制單元，其適用于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， 所述控制單元適用于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于補(bǔ)償由于所述液體的溫 度變化導(dǎo)致的體積效應(yīng)。
6.一種用于使運動相中的樣品液體的化合物分離的液體分離系統(tǒng)，所述液體分離系統(tǒng) 包括運動相驅(qū)動裝置，其適用于驅(qū)動所述運動相通過所述液體分離系統(tǒng)，所述運動相驅(qū)動 裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的泵單元；以及分離單元，其適用于分離所述運動相中的所述樣品液體的化合物。
7.如權(quán)利要求6所述的液體分離系統(tǒng)，還包括如下至少一項 樣品注入器，其適用于將所述樣品液體引入到所述運動相中； 檢測器，其適用于檢測所述樣品液體的經(jīng)分離的化合物； 收集單元，其適用于收集所述樣品液體的經(jīng)分離的化合物； 數(shù)據(jù)處理單元，其適用于處理從所述液體分離系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)； 脫氣裝置，用于對所述運動相進(jìn)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(lián) 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(yīng)到所述次級活塞泵(402)，并且在所述傳 輸-填充階段期間，由所述初級活塞泵(400)供應(yīng)的所述液體流被部分地用于填充所述次 級活塞泵(402)，并且部分地用于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(yīng)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(yīng)的所述液體流通過熱交換器(401)，從而減小供應(yīng) 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 后，供應(yīng)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(quán)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于補(bǔ)償與由所述液體的壓縮或膨脹所導(dǎo)致 的溫度變化相關(guān)的體積效應(yīng)。
10.如權(quán)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(yīng)到所述次級活塞泵之前，所述初級活塞泵適用于對 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(dá)到系統(tǒng)壓力，其中，優(yōu) 選地，所述壓縮導(dǎo)致該體積的液體有相應(yīng)的溫度升高，所述溫度升高導(dǎo)致所述初級活塞泵 中所包含的該體積的液體有相應(yīng)的體積膨脹。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，在壓縮階段期間，當(dāng)所述初級活塞泵中所包含的所述液體被壓縮到系統(tǒng)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(bǔ)償與相應(yīng)的溫度升高相關(guān)的 體積膨脹。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，當(dāng)由所述初級活塞泵供應(yīng)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(quán)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(yīng)通過如下方式來補(bǔ)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(quán)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(bǔ)償相應(yīng)的線性體積收縮。
15.如權(quán)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(bǔ)償相應(yīng)的線性體積膨脹。
16.如權(quán)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. 一種軟件程序或產(chǎn)品，其優(yōu)選地存儲在數(shù)據(jù)載體上，用于在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上運行時 控制如權(quán)利要求8所述的方法，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)諸如為計算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含熱交換器的串聯(lián)型泵。一種泵單元包括初級活塞泵、次級活塞泵和適于以流體連通方式串聯(lián)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(yīng)到次級活塞泵，由初級活塞泵供應(yīng)的液體流被部分地用于填充次級活塞泵，并部分地用于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(yīng)的液體在被供應(yīng)到次級活塞泵之前通過熱交換器。熱交換器適于減小供應(yīng)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后，供應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)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