[其他]用于冷却泵送系统的系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于泵送可压缩流体的方法和系统。更具体地，本发明涉及在高压应用(例如，高压液相色谱(HPLC)或超临界流体色谱(SFC)应用)中泵送可压缩流体。 

背景技术

工业泵送采取很多形式，一般都需要通过处理流(process stream)来传送流体或浆液。根据应用需求来选择泵，这些需求包括水头压力、计量精度、温度、颗粒容忍度、流体黏性、成本、安全性、服务率和多种其他参数。泵通常可以分成两种类型。容积式泵(positive displacement pump)隔离离散量的工作流体并使它们沿着受控方向移动。动力泵(kinetic pump)通过将动能增加到系统来进行操作，这使流体的黏性在局部增大。动能在泵出口处被转变成势能，即压力。 

在需要高纯度、高压(例如大于100bar(巴)至超过1000bar)和高精度(例如，小于1％的流动变化)时，往复泵(例如图1的示图中所示的泵2)仍然是泵送流体的主要工业手段。往复泵有多种形式，包括机械式和气动式活塞泵、机械式和液压式隔膜泵。这种泵2的特征在于具有一个或多个头4，头4在低压输入部分和高压输出部分之间传输流体。每个泵头包括物理调节泵送的流体可达到的内部容积的装置。在操作中，每个泵头4使用由凸轮8驱动的活塞6，凸轮8交替地通过增加可获得泵头体积来从输入部分10抽吸流体，然后通过减少该体积来将流体分送到输出部分12。大部分往复泵设计成仅沿着一个方向流动。流动方向受到一系列截止阀14、16控制，截止阀14、16在抽吸期间使泵头与输出压力隔离、并在分送期间使泵头与输入压力隔离。输出压力一般不受到泵控制，而是受到由泵使用的处理流的下游流动阻力控制。 

往复泵由它们使用的泵头的数量来表征。具有单一泵头的泵称作单缸泵。双缸、三缸和四缸泵分别表示泵具有两个、三个和四个头。需要两个或更多个泵头来提供伪连续流，因为在一个泵头抽吸时，另一泵头可以进行传送。但是，因为移动的特性涉及相反运动的停止和重启，所以往复泵只能近似地效仿连续旋转泵。通常，用于给定流率的泵头的数量越大，输出流动的脉动越低。 

当由活塞泵所泵送的流体相对不可压缩时，这些泵常称作计量泵，因为假定流体的体积流动与泵头中的活塞或隔膜的机械体积排量匹配。往复泵的计量应用的示例是低压注射泵，其中玻璃注射器吸入水溶液并将水溶液非常精确地分送到下游储器。在这种低压应用(通常低于2bar)中，水溶液的体积压缩几乎不可测量，因此对精确排量的假设准确。 

当往复泵与非常可压缩的流体(例如永久气体)一起使用时，往复泵经常称作压缩机或气体增压机。气体增压机代表流体压缩性对泵性能的影响的理想示例。在这种情况下，通常的应用是增加输入部分和输出部分之间的气体的压力。气体增压机的基本特性是压缩比。压缩比简单来说是泵头在其吸入冲程顶端可以隔离在其截止阀之间的最大流体体积与泵头在其输出冲程底端可减少到的最小体积之间的比率。因此，压缩比7∶1表示吸入的最大体积是在输出结束时剩余流体体积的七倍。 

图2示出现有技术的用于HPLC泵的基本组件。HPLC泵18是电动凸轮驱动泵的示例。在这种情况下，电机20使轴22旋转从而使偏心凸轮24和26旋转，以分别提供容纳在泵头32和34中的活塞28和30的往复运动。在每个活塞抽吸时，分别经由输入截止阀38或40从流体储器36吸入流体。输出截止阀42或44在抽吸期间保持密封。在输出冲程期间，输入截止阀38或40关闭，而输出截止阀42或44打开以将流体输出到处理流46。图2所示的凸轮驱动装置仅是HPLC泵的一个示例。其他示例包括连接到活塞28和30的滚珠丝杠驱动装置、气动驱动装置和液压驱动装置。剩余的讨论主要集中于与泵18的设计类似的实验室型HPLC和SFC型泵使用压缩补偿来泵送流体。 

通常的实验室HPLC仪器中使用的泵的需求非常严格。泵必须能够在 非常高的压力(传统的HPLC高达400bar，近来的超高性能LC系统高达1000bar)下进行传送。期待2000bar超高性能LC系统。HPLC泵还必须能够处理超高纯度流体，而不会产生可检测到的污染。此外，对于给定的流率，期望在大部分可操作的压力范围内流体的体积传输在窄界限内(变化小于1％)保持恒定。最终，还期望相同的泵在短至一分钟的时段内精确地改变流动超过至少一个数量级范围。这是称作梯度洗脱的技术所需要的结果，在梯度洗脱中，由分别的泵控制的两种溶剂系统地被调节成从弱洗脱混合物到强洗脱混合物的相对组成，同时保持恒定的组合流率。