JP5926384B2 - 過飽和流体の脱気 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、加圧された容器からの流体を脱気するシステムに関し、それらシステムには、微小流体システム、インク、半導体処理流体及び実験室グレードの流体のために使用される加圧された流体試液を脱気するためのシステムが含まれる。流通型（ｆｌｏｗ−ｔｈｒｏｕｇｈ）移送ライン脱気装置は、移送ラインを含み、移送ラインは、加圧ガスとその加圧ガスの大気中濃度との間の濃度差によって発生する駆動力を利用して、通過する流体を受動的に脱気するように、また脱気用の膜を物理的損傷から保護するように働く。また、現在の移送ラインは、蒸気及び気体を大気と交換し、具体的には脱気チャンバからの蒸気の拡散を可能にする。

多数の化学適用例、特に、チップなどとして知られる微小流体分析装置の使用を必要とする適用例があり、微小流体分析装置は、所望の分析を実施するために、微小流体の反応システム又はチップに送られる加圧された液体溶剤や水性反応物質などの使用を必要とする。微量分析は、一般的に少量の試液を使用するため、他の方法では経済的に実現可能ではない高価な試液や技法の使用も可能となる。そのような微量流体システムの例は増加しつつあり、血液学、細胞学、ＤＮＡ分析及び他のそのような分析システムのために使用されている。微小流体システムの目標には、試液使用の低減、分析のシグナルを生成するための必要サンプルサイズの低減、機器のフットプリントの低減、サンプル・スループットの向上及び分析ごとのコストの低減が含まれる。これらの目標を達成するために、微小流体システムは、典型的には、直径１〜１００ミクロンの範囲の流体通路を利用し、それは、所望の製造技法に適合するように形作ることができる。小さな直径の流体通路とそれに対応する小さなセンサを含む、そのような小型の装置においては、気泡が流体内にトラップされ、それによりセンサ上の領域を閉塞し又は流路の一部を遮断し得ることが、普通に見受けられる。

様々な手法が、泡形成を防止する上で有効であることが証明されている。それらの中には米国特許第５，３４０，３８４号、第７，１４４，４４３号、第６，９４９，１３２号及び第７，７１３，３３１号に示されるような脱気装置を使用する手法が含まれ、これら特許の内容は参照により本明細書に組み込まれる。これらの装置の各々は、通過する流体を脱気するために少なくとも任意選択で真空を使用する可能性があるが、微小流体システムの設計者の目標が、真空ポンプの使用が望ましくないようなものであることもある。さらに、同じ設計者の設計目標が、試液の経路に直接的に接触するポンプシステムの使用もまた望ましくないようなものであることもある。微小流体分析システムは、典型的には、分析に必要な試液を収容している加圧された容器を含んで設計されるが、流体をそれぞれの容器から引き込むための真空も使用され得る。そのような加圧されたシステムの初期の例として、米国特許第４，９９４，１８０号、及び第４，５９８，０４９号が挙げられ、これらでは、液体クロマトグラフィー・ポンプシステムに溶剤を、ＤＮＡシンセサイザに試液を、それぞれ送達するために、加圧されたガスが使用されている。

微小流体システム又はチップへの流体の流れを可能にする動力を提供するために、ガス加圧されるシステムを使用する場合には、流体は、一般的に、流体を加圧するためにガスが使用されることによって過飽和となる。過飽和は、ガス加圧がバッグの外から加えられる、ゼロに近い透過率を有する多層バッグなど高価な手段を通じて、又は流体に対して加えられる機械的圧力によって、処理することができる。気体不透過性のバッグは、一般的に、種々のプラスチックから成る多数の層から製造され、また、気体の透過を許容可能なレベルに制限するために、金属被覆された層の使用を必要とすることもある。そのような試液バッグは一度限りの使用であり、毎回の分析ごとの費用がかさむことになり、さらに、内容物が加圧用ガスによって過飽和となる前にガスによる加圧に曝されることが短時間に制限される場合がある。機械的に加圧されるシステムは、駆動手段と流体との間の封止の懸念から、広範囲に使用されてはいない。米国特許第４，１３３，７６７号に記載されるように、そのような溶剤が、ヘリウムをスパージガスとして使用して溶存大気のスパージを実施された場合、大気加圧された液体のガス抜きは限定的であることが分っている。一般的な溶剤や水など流体内におけるヘリウムの低い溶解性に起因して、ヘリウムを用いた試液の単純な過加圧を使用することができると推測する者もいる可能性がある。しかしそれでも、ヘリウムの使用に係る他の懸念が発生する。第１に、ヘリウムは加圧された流体を急速に過飽和化し、さらに、溶解性は限定的であるとはいえ、流体が低い圧力に露出されたときに、ヘリウムが泡を形成してしまう。第２に、ヘリウムは入手困難であり、高価であり、且つ嵩張る容器を必要とする。第３に、微小流体システムにおける望ましい化学反応の多くが、ヘリウム又は他の不活性ガスの加圧によってもたらされ得る酸素の除去によって、加速されるか又は抑制される。膜を使用することで、過飽和ガスを大気に放出し、加圧された流体内において溶存大気の平衡近傍濃度を達成することには、次のような利点がある。即ち、膜の使用により、試液のガス加圧により提供される駆動力を保持する一方で、加圧ガスによる流体の過飽和の大部分を除去するという利点がある。

従来の脱気システムは、膜を通過して膜と外部不透過シェルとの間の空間（脱気チャンバ）に透過する液体蒸気を輸送及び凝縮することに、適切に対応しているとは言い難い。その代わりに、脱気チャンバから外部への蒸気の輸送は、真空及び／又はスイープガスの適用によって実施されている。脱気チャンバ内に蓄積する蒸気を能動的に除去しない場合には、温度変化が脱気チャンバ内における凝結物の蓄積を引き起こす可能性がある。凝結物の蓄積は、膜表面の一部又は全部を遮蔽することにより、溶存ガスが膜を通って脱気チャンバに自由に流れることを抑制してしまう恐れがある。極端な場合には、液体−気体接触器が「氾濫」して、気体透過性バリアとしての機能を完全に停止する恐れもある。凝結物の蓄積はまた、真空ポンプの動作との機械的干渉を引き起こす可能性もある。従来のシステムでは典型的に、浄化ガスポートにより、又は膜の透過側を浄化するのに十分な空気流を提供するために膜の流体側に空気の侵入を許可することにより、凝結物が除去される。凝結物の除去を実施するために、脱気チャンバにガス流を適用するための、何らかの外部的手段が必要となる。

従来の脱気システムが、脱気システムから凝結物を除去することができるメカニズム及び／又は処理を使用する一方で、特定の脱気適用例は、脱気チャンバ内の凝縮蒸気を浄化及び／又は希薄化するために必要な従来型システムのメカニズムを使用していない。例えば、特定の脱気適用例は、真空ポンプ又はスイープ流体ポンプの形態を有するポンプシステムを、使用していない。さらに、外部ガスの流れを膜の透過側に導入するメカニズムも、使用できないか又は望ましくない場合がある。そのような状況においては、脱気チャンバから透過蒸気を除去するために、あるメカニズムが必要となる。好ましくは、そのようなメカニズムは、典型的にはシェルと管とを有する脱気具に対し、コスト又は複雑さの点で実質的な追加をもたらすことがない。

米国特許第５，３４０，３８４号 米国特許第７，１４４，４４３号 米国特許第６，９４９，１３２号 米国特許第７，７１３，３３１号 米国特許第４，９９４，１８０号 米国特許第４，５９８，０４９号 米国特許第４，１３３，７６７号

本発明によれば、ガス加圧された流体は、関連する流体流動システム内のそれぞれの構成要素間に延びる別個の移送ライン内において、操作可能に脱気され得る。本発明の移送ラインは、好ましくは、軸方向に配置された個別の脱気ユニットが、細長い気体透過性の外部管と、この外部管の内部に配置された１つ又は複数の透過性又は半透過性の内部管と、を有している。外部及び内部の管の組み合わせは、所望の形状に容易に操作可能であるように、十分な可撓性を有するように構成される。代替的に、半透過性の内部管を取り囲む多孔性の容器が構築されて、内部の半透過性膜を保護する多孔性容器を形成してもよい。

内部管は、次の（ａ）〜（ｃ）から構築されてもよい。即ち、（ａ）多孔性の中空繊維構造であって、孔との疎水性相互作用によって多孔性材料が液体透過を阻止する構造、（ｂ）気体及び液体蒸気が膜壁を通過する輸送メカニズムが溶液−拡散メカニズムによって調節されるような透過性材料、又は（ｃ）前記２つの材料の組合せ、である。多孔性構造は、フッ化ポリビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどの材料、及び市販の他の多数の材料の、任意数の材料から作製されてもよい。そのような材料は、一般的に、水又は水性システム内における使用のために考慮されるものであり、典型的には、アルコール、アルカン又は他の有機溶剤など有機溶剤と共に使用されるものではない。内部管の多孔性構造は、流体移送システム内で普通に使用される圧力方式下において水の浸透を阻止するように、典型的には３〜５００ナノメートルの範囲の孔径を使用する。

他の実施例において、流体伝導性の内部管は、シリコーンゴムなどの材料から、透過性で非多孔性の構造を形成してもよく、その場合、その構造のバーラー値（barrer value）は、酸素又は窒素について１〜２００バーラー又はそれ以上であり、さらに、その透過度は、透過性膜の合理的な表面積内において脱気するために、流体からの適切なガス輸送を許可するのに十分である。透過性で非多孔性の構造も、追加的又は代替的に、不活性で透過性のフッ素ポリマーから形成されてもよく、その例として、商標Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ下でＤｅＰｏｎｔ社から入手可能なものがあり、その構造のバーラー値は酸素及び窒素について１００〜１０００である。比較的高いバーラー値の膜を使用することで、脱気性能を損なうことなく、膜の表面積を低減できる。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００などのフッ素ポリマーは、有機溶剤を輸送し且つ脱気するための非多孔性で透過性の構造を製造するのに好ましい材料を提示する可能性がある。追加的に、洗浄剤を含む水性試液システムは、本明細書で説明する透過性で非多孔性の内部管を使用して、安全に輸送及び脱気されることが可能である。

内部管は、流体のための導管を提供し、且つ液体による浸透を阻止する一方で、管の壁を通して気体がそれぞれの高い気体濃度からそれぞれの低い気体濃度に輸送されることを可能にする。そのような内部流体輸送管は、組立期間内に製造され且つ取り扱われ得るような材料からなる薄肉の壁部を含んでもよい。外部シェルは、その比較的脆弱な内部流体輸送管を覆うように配置されるが、その目的は、脱気のための気体輸送がそこに向かって駆動され得る環境を提供するためだけでなく、流体が通過して輸送される内部膜に対して物理的損傷からの保護を提供するためでもある。多孔性の保護用外装又はシェルは、透過された溶剤蒸気の大気への受動的輸送を可能にする。先行技術では、これらの透過蒸気を脱気チャンバからスイープし、それによって大気に吹き飛ばすために、浄化ガス又は大気を利用することで、これら透過又は気化する蒸気の能動的な輸送を利用している。このようにして、溶剤蒸気の濃度は、シェルの内部で濃縮して流体からの膜を通じた空気の輸送を阻止してしまうレベルよりも、低く維持されることができる。

本発明は多孔性の外部シェルを利用し、その外部シェルは、脆弱な内部の気体透過性又は多孔性の脱気膜に対する望ましいレベルの機械的保護と、脱気チャンバから外部への受動的な気体及び蒸気の輸送のための経路及びメカニズムと、の両方を提供する。多孔性の外部シェルは、孔を通して操作可能に輸送される蒸気との反応に対して不活性な材料で製造されてもよく、その孔径は１００〜５００ナノメートル又はそれ以上であり、孔がシェルの壁を通って完全に連通するように構築されてもよい。また、気体又は流体の動きが、壁部を通過する放射状通路に制限され、且つ壁を通過する軸方向輸送が孔の長さ分に制限されるような方式で、孔同士が相互に隔離されていることが望ましい。

本発明の目的に応じて、外部シェルの壁を通過する透過度として定義される、許容可能な蒸気輸送率は、好ましくは、内部管のそれぞれの壁部を通過する蒸気の許容可能な集団的輸送率（透過度）よりも大きい。そのため、脱気チャンバの内側の蒸気蓄積を防止するような輸送メカニズムが存在することになる。このようにして、内部管を通って透過する蒸気の交換率は、これらの同じ蒸気が外部シェルの壁を通過する交換率よりも低い。外部シェルが多孔性であって、好ましくは溶剤に対して不活性であり、所望の外径及び内径に適合するように寸法取りされていることから、内部管を通過する透過度と、外部シェルの孔を通過する脱気チャンバからの透過度と、の間の関係を計算するために、水蒸気など小さな分子の輸送が使用され得る。

微小孔内における気体拡散のメカニズムは、クヌーセン数に依存し、この数は、気体分子の平均自由行程の、孔径に対する比として定義される。平均自由行程が孔のサイズよりも遥かに小さい場合には、クヌーセン数は小さくなり、拡散は異なる分子間のランダムな衝突の結果となる。この場合、拡散係数Ｄは、圧力に対して逆に変化するが、孔のサイズとは無関係である。

平均自由行程が孔径よりも遥かに大きい状態は、別である。そのような場合、即ちクヌーセン数が比較的大きい場合には、拡散は、拡散する気体と孔壁との間の衝突の結果である。このような「クヌーセン拡散」の場合の拡散係数Ｄは、次式によって与えられる。

ここで、ｄは孔径であり、ｋ_Ｂはボルツマン定数であり、Ｔは温度であり、ｍ〜は分子重量である（数１）。したがって、このシナリオにおけるクヌーセンの拡散係数は、圧力とは無関係である。

種々の気体の平均自由行程を計算するために、次式が使用される。

ここで、σは気体の衝突直径であり、ｐは圧力である（数２）。

２５°Ｃ及び１ａｔｍにおいて、水蒸気に関する平均自由行程は約７４０ｎｍであり、窒素に関しては約３６０ｎｍであり、酸素に関しては約４３０ｎｍである。

ポリデックス（Ｐｏｒｉｄｅｘ）の壁材であって、平均の孔サイズが２００ｎｍであり、平均の孔長さ（膜厚）が３００μｍである場合には、水蒸気、窒素及び酸素に関するクヌーセン数は３．７，１であり、水蒸気、窒素及び酸素に関する拡散係数は、それぞれ４．２×１０^７バーラー、３．３７×１０^７及び３．１５×１０^７バーラーである。

孔が直線状でない場合には、孔が屈曲係数τを有することになる。ポリデックス・ポリマーフィルムの空隙率を考慮すると、拡散係数は、次式のようになる（数３）。

屈曲性は定義されていないため、ここでは孔が直線状である場合のみを考慮対象とする。材料に関するバーラー値と透過度とを関係付ける際には、バーラー値をユニットの厚みに変換する必要がある。透過度が、膜壁を通過する気体又は蒸気の実際の流れのレートを測定するときに、内部搬送部材の透過度と外部シェルの透過度との間の関係は、外部シェルの透過度が内部搬送部材の透過度よりも大きいことが好ましい。

この式では、Ｄはバーラーの単位で示され、Ｌはミクロンの単位で示されている。

上に示したように、１２５ミクロンの肉厚を有するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦで内部管が製造され、バーラー値が水に関して４×１０^３であり、酸素及び窒素に関してそれぞれ０．９及び０．４×１０^２であるような例の場合、透過度は、水蒸気については３２ＧＰＵ、酸素については７．２ＧＰＵ、及び窒素については３．２となる。３８０ミクロンの肉厚と約３．５×１０^７のバーラー値とを有する外部シェルの例において、透過度は約９０，０００ＧＰＵとなり、この場合、ユニット長ごとに、外部シェルが内部搬送部材よりも大きい表面積を有するような、表面積の差を考慮してはいない。したがって、透過度の限界は、内部管の壁を通過する空気及び蒸気の溶液−拡散である。外部シェルの壁を通過する拡散率は、例えばＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦで構成される内部管膜の壁を透過するいかなる蒸気の拡散率よりも、少なくとも４又は５桁高いことが解かる。同様の多孔性の壁の厚さについて大気との交換を過大にするのは、両方の管の内部表面積の比である。一つの例示的な実施例において、内部管の内径は０．８５ｍｍであり、外部シェルの内径は凡そ２ミリメートルである。したがって、外部シェルからの拡散率は、内部管を通過する純粋ガス拡散と比較して、好ましくは少なくとも２．２倍大きくなり、その結果、クリアな脱気チャンバを維持できる。内部管と外部シェルとの相対的な特徴が与えられた場合、水（液体）を通過する気体の拡散率によって、空気及び水蒸気が内部管の壁を通過する拡散率に対し、外部シェルの壁を通過する透過率と比べ、より限定的な制限が課せられる。そのため、上述した実施例においては、内部管を通過して脱気チャンバに向かうガスフローと外部シェルの壁を通過するガスフローとの比は、少なくとも１：２．２である。外部シェルの目的は、内部管を保護することと、大気との自由に近い蒸気の交換を可能にして、その結果、温度変化による凝結を可能とするのに十分な程の溶剤凝縮の形成を防止すること、の両方であるため、本発明の構成は、水性及び溶剤のシステムについて同様に、凝縮潜在力を最小化する。

本発明の流体処理装置の断面図である。 本発明の流体処理装置の概略図である。 本発明の流体処理装置を用いた流体システムの概略図である。

上記に列挙された目的及び利点が、本発明により表される他の目的、特徴及び利点とともに、詳細な実施例に関して提示されることとなり、詳細な実施例は、添付の図面を参照して説明されており、図面は、本発明の可能性のある多様な構成の代表例として意図される。本発明の他の実施例及び態様は、当業者の把握可能な範囲内であると認識される。

次に図を参照すると、まず図１において、本発明の流通型の流体処理装置１０は、外部シェル１２と、外部シェル１２の内部に配置された内部搬送部材１４と、を含む。一実施例においては、外部シェル１２はその内部に第１のチャンバ１５を画定し、そのチャンバ１５を通って内部搬送部材１４が延びている。

図示した実施例においては、外部シェル１２が入口端部２２と出口端部２４とを含み、内部搬送部材１４が、それらに対応する入口部分３２と出口部分３４とを有している。入口接続部４１と出口接続部４３は、好ましくは外部シェル１２の入口及び出口の端部２２及び２４のそれぞれに動作可能に連結され、かつ、内部搬送部材１４の入口及び出口の部分３２及び３４のそれぞれに動作可能に連結される。入口及び出口の接続部４１及び４３は、内部搬送部材１４への外部シェル１２の連結を動作可能に提供するように構成されてもよい。

外部シェル１２は、好ましくは多孔性の構造であり、第１のチャンバ１５をその壁部１３を通して外部環境と連通させるような多孔度を有している。一実施例において、外部シェル１２の多孔性壁部１３は、約２００マイクロメートルの公称孔サイズを有し、１００〜３００マイクロメートルの平均分布を有してもよい。典型的には、外部シェル１２は、内部搬送部材１４を通って透過する気体又は蒸気に対し、実質的に非選択的となる程度の多孔性を有する。また、外部シェル１２は、内部搬送部材１４の透過度よりも高い透過度を呈し、その結果、内部搬送部材１４を通って透過する気体又は蒸気は、外部シェル１２の壁部１３を通って容易に漏出できるので、第１のチャンバ１５の内部で収集及び／又は濃縮することはないということも想定される。外部シェル１２と内部搬送部材１４との透過比の一例は、少なくとも約５：１であってもよい。一実施例において、外部シェル１２と内部搬送部材１４との透過比は、１，０００：１である。

外部シェル１２を製造するための材料の例には、延伸ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ及びＰＦＡが含まれ、例示的な物質密度は１．６ｇ／ｃｍ^３である。外部シェル１２の壁部１３の肉厚は、具体的な適用例に応じて、典型的には０．１５２４〜３．１７５ｍｍ（０．００６〜０．１２５インチ）の範囲にあり、一例として、１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）の肉厚が挙げられる。多孔性の構造を提供することに加え、外部シェル１２の材料、多孔度及び肉厚は、典型的には内部搬送部材１４に対して機械的な保護を提供するように選択されてもよい。この目的のため、「機械的な保護」又は「機械的に保護性を有する」という用語は、製品の組立、輸送及び／又は操作の中で、内部搬送部材１４に対する摩耗又はねじれなどの物理的損傷又は不要な変形を防止できるような構造体を意味するように意図されている。したがって、外部シェル１２は、その意図された寿命期間において、流体処理装置１０の中で内部搬送部材１４を機械的に適切に保護するように製造されてもよい。機械的に保護性を有することに加え、外部シェル１２は、好ましくは可撓性を有し、外部シェル１２（及び内部搬送部材１４）がねじれ又は破損することなく撓むことを可能にする。外部シェル１２の可撓性により、使用者が手動で道具なしに装置１０を成形できるようになる。幾つかの実施例において、外部シェル１２は、内部搬送部材１４の周りに同軸状又は非同軸状に位置決めされた管として構成される。しかし、外部シェル１２についての非管状の構成もまた、本発明において使用可能であると考えられる。

内部搬送部材１４は、液体から気体を操作可能に分離するための分離膜バリアを形成し、したがって、好ましくは気体透過性且つ液体不透過性である。さらに、流体処理装置１０の第１のチャンバ１５を通して（大気圧濃度との関係において）気体過飽和の流体などの流体を搬送するために、内部搬送部材１４は、比較的不活性且つ可撓性であってもよい。本発明が企図する分離を実施する、気体透過性、液体不透過性であるバリアにおいては、多様な材料が利用され得る。幾つかの実施例では、分離膜を形成するために、フッ化高分子材料変異体（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ｖａｒｉａｎｔｓ）が、単独又は相互の組合せで利用されてもよく、及び／又は他の材料と共に使用されてもよい。本発明の気体透過性、液体不透過性である膜バリアに有用な材料の例として、延伸ＰＴＦＥ、シリコーンゴム、基板上に被覆されたシリコーンゴム、フッ化コポリマー、アモルファス・フッ化コポリマーなどが挙げられる。

幾つかの実施例において、気体透過性、液体不透過性の搬送部材１４は、もともと非多孔性の構造として形成されてもよい。一般的に言えば、非多孔性の構造は、実質的に「貫通孔」がなく、主に収着−拡散メカニズムを通じて分離するように作用する。そのような分離は、例えば、液体から気体を分離するものであってもよい。実質的に非多孔性の分離膜は、多様な材料及び材料の組合せから製造可能であるが、出願人らが所定の構成内で有用であることを発見した材料の１つの例示的な分類は、フッ化コポリマー材料などのフッ化材料である。出願人がこれまでに利用した１つの特定材料は、商標名Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦの下でＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ社から入手可能なアモルファス・フッ化コポリマーである。しかし、出願人らは、本発明の構成における分離媒体として、多数の他の高分子及び非高分子材料が有用であると考える。

本明細書で言及してきた分離媒体は、好ましくは気体透過性、液体不透過性ではあるが、完全に気体透過性という訳ではなく、及び／又は完全に液体不透過性という訳ではない分離媒体が、本発明の構成において同様に有用であることも理解されたい。したがって、本願に利用されている「気体透過性、液体不透過性」という用語は、完全に気体透過性という訳ではなく、及び／又は完全に液体不透過性という訳ではない材料をも含むことを理解されたい。

内部搬送部材１４は、第１のチャンバ１５を通って延びる１つ又は複数の管の形態であってもよい。しかし、内部搬送部材１４は、２つ以上の構造体を含んでもよく、管ではない形状において提供され得ることも企図されている。したがって、本明細書で「内部搬送部材」と呼ばれる分離バリアは、１つ又は複数の管状又は非管状の構造体を含む、多様な構成を取ることができる。

幾つかの実施例において、気体透過性、液体不透過性の膜は、押出成形されるかそうでなければ一体式で自立型の管として形成されてもよく、それは、その長さに沿って支持構造体を必要とせず、広範囲の操作環境において実用的である。例えば、内部搬送部材１４の気体透過性、液体不透過性の膜は、約０．０７６２〜０．３８１ｍｍ（０．００３〜０．０１５インチ）の肉厚を有してもよい。少なくとも幾つかの実施例において、内部搬送部材１４は、脱気されるべき液体内において不溶性であり、少なくとも１ＧＰＵ、さらに好ましくは８〜１，０００ＧＰＵの間の透過度を示すことが企図されている。実際には、望ましい透過度は、液体内における気体飽和度のレベル、システム圧力、所望されるボリューム及び想定される液体の流速、化学作用などに関係する方程式を用いて取得される。

本発明では、入口及び出口の接続部４１及び４３についての多様な構成が企図されている。図１に示す実施例では、入口及び出口の接続部４１及び４３は、内部搬送部材１４の入口及び出口の部分３２及び３４のそれぞれを取り囲むように配置された二重収縮管７１及び７３を含む。そのような管部分７１及び７３は、好ましくは内部搬送部材１４のそれぞれの部分の周囲で熱収縮され、他方、外部シェル１２の入口及び出口の端部２２及び２４は、好ましくは管部分７１及び７３のそれぞれの外部表面と封止係合されており、その結果、外部シェル１２と、管部分７１及び７３のそれぞれと、内部搬送部材１４との間で封止係合が得られる。入口及び出口の接続部４１及び４３は、一対のフェルール４９及び５０と関連するナット４５及び４７をさらに含んでもよく、これらナットは、協働して、管部分７１及び７３を取り囲むような状態で、装置１０をそれぞれのシステム構成要素間に連結するように形成されている。

本発明の別の実施例を図２に示す。この図では、流体処理装置９が、外部管２と、外部管２の内部に配置された内部管１とを含む。図示するように、外部管２は、好ましくは細長い多孔性のチャンバを形成し、それを通って内部管１が延びている。外部管２は、保護的で可撓性の外装としての役割と、外部管２と内部管１との間の脱気チャンバ８から蒸気及び気体がそこを通過して漏出し得る多孔性構造体としての役割と、の両方を果たしている。接続具７は、流体が通過して内部管１の入口内に送られる流体継手に接続するために利用される。フェルール５及び封止リング６は、液体密封の封止を形成するように、外部管２を嵌合スリーブ３に対して圧縮封止し、さらに、保持管４の上の内部管１に対しても圧縮封止するように使用されてもよい。複製又は類似の接続方式が内部管１の出口端部において使用されてもよい。構成要素間の流体封止が、フェルール５及び封止リング６によって形成され、内部管１と外部管２との間の脱気チャンバ８内に液体が侵入することを防止している。

本発明の流体処理装置を使用できる例示的なシステムを図３に示す。流体移送システム１１０は、加圧された流体容器１１２Ａ及び１１２Ｂの間にそれぞれ連結された第１及び第２の流体処理装置１０Ａ及び１０Ｂと、流れ選択弁１１４と、を組み込む。加圧された流体容器１１２Ａ及び１１２Ｂは、それぞれのガスライン１１６Ａ及び１１６Ｂを介して供給され且つガスタンク１１８を供給源とする気体によって加圧されている。容器１１２Ａ及び１１２Ｂに対して供給される加圧された気体は、動力を発生させ、容器１１２Ａ及び１１２Ｂ内からそれぞれの流体処理装置１０Ａ及び１０Ｂを通って流れ選択弁１１４に流体を導く。流体処理装置１０Ａ及び１０Ｂを通って流れる流体は、液体と、ガスライン１１６Ａ及び１１６Ｂを介して供給された気体とを含み、気体は液体内で過飽和となって流体内に第１の分圧を加え、その第１の分圧は、外部環境内のそのような気体により加えられる第２の分圧よりも大きい。

過飽和の流体が第１チャンバ１５を通過してそれぞれの内部搬送部材１４内を搬送されるとき、分圧についてのヘンリーの法則が、内部搬送部材によって搬送される流体内の気体の大気中濃度近くへ、そのような流体を脱気することを支配する。その支配下にある気体が、内部搬送部材１４の気体透過性、液体不透過性の壁部を通過し、次いで外部シェル１２の壁部１３の孔を通過して外部漏出することで、脱気が発生する。そのようにして、容器１１２Ａ及び１１２Ｂ内における加圧に起因する流体上の圧力は維持されるが、しかし、そのような加圧による結果として発生する気体の上昇された濃度は除去されて、液体内におけるそのような気体の過飽和が解消される。また、タンク１１８からの加圧ガスが空気でない場合には、分圧についてのヘンリーの法則に従って、空気は内部搬送部材１４を通過して流れる流体を再飽和化しようとする可能性がある点を理解されたい。大気のそのような再飽和化（ｒｅ−ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）は、内部搬送部材１４の滞留時間及び透過度と整合する程度まで発生する可能性がある。

流れ選択弁１１４の下流には、追加的な流体処理装置１０Ｃが設けられ、流れ選択弁１１４からの流体を搬送し、且つ、システム１１０の最終目的流体１２０への出口に到達する前に、更なる脱気を施してもよい。

本発明は本明細書において、特許法に適合すべく、また当業者に対しては、新規な原理を適用し且つ本発明の実施例を必要に応じて構築して使用するために必要な情報を提供すべく、相当詳細に説明されてきた。しかしながら、本発明自身の範囲を逸脱することなく種々の変更が達成可能であることを理解すべきである。

Claims (6)

1. 過飽和流体を処理する方法であって、前記方法は、
   （ａ）細長い流通型処理装置を用意するステップであって、前記流通型処理装置は、
   （ｉ）内部に第１のチャンバを画定し、外部シェルの壁部を通過して前記第１のチャンバを大気圧外部環境に連通させる多孔度を有する外部シェル、
   （ｉｉ）前記流体処理装置を通して前記過飽和流体を搬送するための内部搬送部材であって、気体透過性且つ液体不透過性であり、前記第１のチャンバを通って延び、前記外部シェルの第１の透過度と前記内部搬送部材の第２の透過度との気体透過比が１：１よりも大きい、内部搬送部材、及び、
   （ｉｉｉ）前記外部シェルを前記内部搬送部材に固定するための接続具であって、前記外部シェルが前記内部搬送部材を機械的に保護する、接続具、
   を有する、ステップと、
   （ｂ）加圧された気体により生成される動力下において前記過飽和流体を前記内部搬送部材の入口に供給するステップであって、前記過飽和流体が液体と前記気体とを含み、前記流体内の前記気体が、前記大気圧外部環境内の前記気体により加えられる第２の分圧よりも高い第１の分圧を加える、ステップと、
   （ｃ）前記第１のチャンバを通して前記内部搬送部材内で前記過飽和流体を搬送するステップと、
   を含む方法。
2. 前記第１の透過度と前記第２の透過度との前記気体透過比が少なくとも５：１である、請求項１に記載の方法。
3. 前記内部搬送部材が前記液体内において不溶性であり、少なくとも１ＧＰＵの前記第２の透過度を示す、請求項２に記載の方法。
4. 過飽和流体を処理するための細長い流通型処理装置であって、
   内部に第１のチャンバを画定し、外部シェルの壁部を通過して前記第１のチャンバを外部環境に連通させる多孔度を有し、前記多孔度が前記外部シェルを通過する第１の透過度を提供する外部シェルと、
   前記第１のチャンバを濃縮水側と透過側とに分離する気体透過性、液体不透過性の非多孔性の内部膜であって、前記内部膜は、前記過飽和流体が前記第１のチャンバの前記濃縮水側を通過して搬送され得るように位置決めされており、前記内部膜は、前記内部膜の壁部を通過する第２の透過度を提供し、前記第１の透過度と前記第２の透過度との比が少なくとも５：１である、内部膜と、
   前記外部シェルを前記内部膜に固定するための接続具であって、前記外部シェルが前記内部膜を機械的に保護する接続具と、
   を備える装置。
5. 前記外部シェルが第１の軸を画定する実質的な管形状であり、前記内部膜が、実質的に管形状であり、前記第１のチャンバを通り前記第１の軸に沿って全体的に軸方向に延びている、請求項４に記載の細長い流通型処理装置。
6. 液体と気体とを有する流体を脱気するための装置であって、前記装置は、
   第１のチャンバを画定する第１の管腔を有する多孔性の外部管であって、多孔性の第１の壁が、前記第１の管腔を取り囲み、前記第１のチャンバを環境から分離しており、前記多孔性の第１の壁は、気体に対して第１の透過度を有している、多孔性の外部管と、
   前記第１のチャンバの中に配置された非多孔性の内部管であって、前記非多孔性の内部管は、前記気体に対して第２の透過度を有する非多孔性の気体透過性の第２の壁を有しており、前記第１の透過度と前記第２の透過度との比が少なくとも５：１である、非多孔性の内部管と
   を備える、装置。