具有过滤器装置的泵 本发明涉及一种具有过滤器装置 (filter arrangement) 的泵。
随着小型化的持续， 微型泵正变得越来越重要。 在实际使用中， 微型泵在微型泵的 入口处经常需要颗粒过滤器， 因为存在于泵室中的其它颗粒在微型泵的微阀处可能引发泄 漏率， 或者颗粒可能阻碍泵隔膜的移动。这最终可能导致泵失效。
和颗粒比起来， 现在的大多数微型泵是能容忍气泡的 ( 能耐气泡的 )， 从而无需分 离气泡。各种气体都是可行的， 最简单的情况涉及气泡。
过滤器， 无论它们是疏水性的 ( 排斥液体的 ) 还是亲水性的 ( 吸引液体的 )， 经常 需要高压， 以能够引导气泡通过润湿的过滤器。这特别适用于亲水性过滤器。经常还需要 高压来引导例如液滴通过疏水性过滤器。 然而， 就流阻来说， 为此所需要的升高的压力是不 利的。因此， 特别是对于微型泵， 应使流阻受过滤器影响尽可能得小。
在微流体中， 通过微型泵来泵送液体， 并且， 为了避免颗粒对微型泵的任何污染， 通常在微型泵的入口前方使用亲水性过滤器。然而， 如果微型泵在润湿的亲水性过滤器处 吸入气泡， 那么气泡将堵塞过滤器。 然而， 微型泵经常不能产生将气泡吸入过滤器中所需要 的高抽吸功率。例如， 所需要的抽吸功率 ( 或抽吸压力 ) 可能共计高达 1 巴。结果， 系统可 能完全失效。
在微流体中， 在仅出现小的系统压力的非常频繁的情况中 ( 诸如在所谓的芯片实 验室 (lab-on-a-chip) 应用中， 在微型泵中， 等等 )， 一个普遍的但差不多是根本性的问题 在于， 一方面， 颗粒过滤器的利用是必须的， 但是， 另一方面， 在非常高的压力下气泡可能堵 塞这些过滤器。 例如， 这种非常高的压力由于所使用的过滤器的小孔隙尺寸而产生， 并且待 滤除的颗粒越小， 所述压力变得越高。由于微型泵非常小， 所以过滤掉更小的颗粒是重要 的。然而， 为了能过滤掉小的颗粒， 孔隙尺寸也应非常小， 这转而使例如挤压气泡以通过过 滤器所需要的压力增大。 然而， 所使用的微型泵仅能产生有限的压力， 这经常不足以挤压气 泡以通过过滤器的非常小的孔隙。
传统的过滤器具有疏水性区域和亲水性区域， 并且从现有技术中是已知的。 例如， US2003/0042211 公开了一种已知的过滤器， 其中， 实施疏水性材料和亲水性材料的串联布 置， 以将气泡以及颗粒与液体分开。 还已知这样的过滤器， 其中， 可从流动路径中去除气泡， 并通过使用疏水性材料将这些气泡传递给周围空气。 然而， 所述系统的一个不利之处在于， 在用位于抽吸侧处的微型泵进行操作的过程中， 可能通过疏水性材料将气泡从环境吸入系 统中。US5,997,263 描述了另一种传统的用于去除或避免任何可能已变得阻塞 (stick) 在 过滤器内的特定位置处的气泡的过滤器。 然而， 所述过滤器装置是一维过滤器， 且因此具有 比二维平面过滤器高很多的流阻。 另外， 当将这种一维过滤器实施为一障碍物时， 沿着过滤 器线路实施不同的疏水性区域和亲水性区域， 然而， 管道盖整体上是疏水性的或亲水性的。 这也将导致流阻的增大。
在 US4278084 和 GB1510072 中描述了另外的能耐气泡的颗粒过滤器， 并且用于人 工供给。 然而， 对于这两个过滤器， 都需要将它们定向成使得疏水性区段垂直地位于亲水性 区段上方， 从而使得任何上升的气泡都将由于重力而朝着疏水性区段移动。气泡只有在那
里才能通过疏水性过滤器。因此， 过滤器的 “适当的” 定向对于使过滤器起作用来说是不可 缺少的。 特别地， 在围绕水平轴线旋转 180°之后， 过滤器将不起作用， 或者其性能将明显更 差， 因为这导致了流阻的明显增大。
US3523408A 公开了一种气体燃烧器， 其中， 在大致平行的液体排斥过滤器材料与 液体润湿过滤器材料之间提供 0.25mm 至 5mm 的距离。
US5190524A 公开了一种用于结合多个液体注入以形成混合物的装置。 一腔室提供 多个可单独闭合的入口及一个用于混合物的出口。 该腔室内设置有一个亲水性隔膜和一个 疏水性隔膜。
从 US598318A 中， 获知了一种用于将水与二相流分开的装置， 其中， 在一个空腔 中， 设置用于从二相流中去除气体的疏水性过滤器。另外， 设置亲水性过滤器， 以防止水从 水出口开口流出。
US4302223A 描述了一种提供一对隔开的隔膜的空气去除装置， 其中一个隔膜是疏 水性的， 而另一个隔膜是亲水性的。泵经由排气装置连接至空气去除装置的入口。
EP0489403A2 描述了一种包括壳体及具有合成高分子微孔结构的形式的微孔介质 的过滤器装置。 DE1949038A 描述了一种用于气体和液体的分离器， 所述分离器具有布置在用于气 体的出口前方的液体排斥区段、 以及设置在用于液体的出口前方的可润湿区段。
US7422565B2 公开了一种用于注入线路的流体分离器， 所述流体分离器提供接收 本体及至少一个亲水性隔膜。该亲水性隔膜设置在流动通道中， 从而仅允许液体通过。
从此现有技术开始， 因此， 本发明的目的是提供一种泵， 所述泵从包含气泡的介质 中过滤颗粒， 无论过滤器装置的定向如何， 气泡都不会导致流阻的增大。
此目的通过如权利要求 1 所要求保护的泵来实现。
所发明的泵包括一种过滤器装置， 所述过滤器装置具有亲水性隔膜过滤器及疏水 性隔膜过滤器两者， 并且待过滤的介质的流入路径被分成第一流出路径和第二流出路径。 疏水性隔膜过滤器及亲水性隔膜过滤器的装置的特征在于， 疏水性隔膜过滤器的至少一个 区段和亲水性隔膜过滤器的一个区段以不大于 1mm 且不大于 200μm 的距离彼此相对地设 置。因此， 随在流入路径中流动的介质一起移动的气泡在移动过程中与疏水性隔膜过滤器 相接触。 因此， 气泡能轻松地通过疏水性隔膜过滤器， 且由此防止积聚的气泡堆积在隔膜过 滤器前方。
因此， 在此过滤器装置中， 无论该过滤器装置的空间定向如何， 都防止气泡积聚在 过滤器的一个位置处， 并防止导致那里的聚积 ( 沉积 )， 并防止只是逐渐地挤压以通过过滤 器。 而是， 气泡在其移动过程中与疏水性过滤器区段相接触， 并没有阻塞地被引导以通过疏 水性过滤器区段。例如， 可实现过滤器区段的相对布置， 因为将过滤器隔膜实施为是平面 的， 并且因为疏水性区段和亲水性区段相对于其表面法线彼此相对地设置。
因此， 由于疏水性隔膜过滤器的区段和亲水性隔膜过滤器的区段的小距离， 所以 提供了这样一种过滤器装置， 即， 无论空间中的定向如何， 该过滤器装置都提供了一种气泡 能轻松地通过且流阻不会增大的颗粒过滤器。
遵循本发明的基本构思， 因此还提供了这样一种过滤器装置， 即， 其中， 一个、 两个 或更多个疏水性过滤器材料和亲水性过滤器材料 ( 过滤器区段 ) 在流动方向上平行地布
置， 分开的流动路径在后来重新结合。例如， 该过滤器装置设置在泵的入口 ( 抽吸侧 ) 处。
在另外的实施方式中， 例如， 疏水性过滤器区段和亲水性过滤器区段可以平面的 方式彼此相对地布置， 从而使得 1mm 的最大距离与以平面的方式布置的过滤器区段的任何 点都相关。在另外的实施方式中， 以平面的方式实施的疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过 滤器可在一侧上以楔形的形式逐渐变尖， 从而使得 1mm 的最大距离仅与楔形的部分相关。 这还确保， 存在于介质中的任何气泡随着渗透到楔形中的继续与疏水性隔膜过滤器相接 触， 且然后能轻松地通过上述疏水性隔膜过滤器， 而不会一开始就堆积。
在另外的实施方式中， 并非楔形， 疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器还可以 锥形形状相互地布置。锥形的顶点位于下游方向上， 从而例如以半圆形形状 ( 在垂直于流 动方向的横截面平面中 ) 形成疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段， 并且上述 疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过滤器区段分别形成锥形表面的一部分。 在此实施方 式中， 同样， 气泡在顶点的方向上移动到锥形中， 并可在移动过程中与疏水性隔膜过滤器相 接触。不晚于在顶点 ( 例如， 在那里， 疏水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器会聚 ) 处， 疏 水性隔膜过滤器和亲水性隔膜过滤器无需彼此接触， 达到 1mm 的最大距离， 从而气泡于是 将与疏水性隔膜过滤器相接触并能轻松地通过疏水性隔膜过滤器， 同样气泡的移动不会中 断。
在另外的实施方式中， 对于待实施的几个疏水性隔膜过滤器区段和亲水性隔膜过 滤器区段， 还可以是， 最大距离在每种情况下均与一对相对地布置的疏水性隔膜过滤器区 段和亲水性隔膜过滤器区段有关。如果隔膜过滤器装置形成锥形表面， 那么例如疏水性区 段和亲水性区段可构造成是条纹形状的。在气泡随介质一起的移动过程中， 气泡于是将与 至少一个疏水性过滤器区段相接触。 在这种情况下， 显而易见的是， 布置疏水性过滤器区段 和亲水性过滤器区段， 从而使得无论过滤器装置的空间定向如何， 气泡都将与疏水性过滤 器区段相接触 ( 对于进一步的细节， 请参见下文 )。
这些实施方式涉及泵， 特别是微型泵， 对这些微型泵来说， 仅能产生有限的抽吸压 力， 从而使得该过滤器装置在任何情况下都防止气泡的堆积， 并且从而使得无论相对于重 力的定向如何， 过滤器都呈现出几乎恒定的流阻。特别地， 在这些实施方式中， 防止任何上 升的气泡由于重力而能够到达其中没有实施的疏水性区域的过滤器区段。另外， 有利之处 在于， 由于小尺寸， 可利用毛细力， 无论重力如何， 毛细力都可将液体或介质吸入过滤器中， 从而由于毛细力将气泡引导至疏水性隔膜过滤器的区段。 关于这些实施方式的其他有利之 处在于， 泵不会吸入任何周围空气， 因为一旦分开的流动路径已通过疏水性隔膜过滤器和 亲水性隔膜过滤器， 便会在后来重新结合， 且因此呈现出闭合的系统。
因此， 这些实施方式的有利之处在于低流阻， 这在很大程度上与空间定向无关。 另 外， 泵不会吸入任何周围空气， 因为分开的流动路径会在过滤之后重新结合。因此， 引导任 何可能存在的气泡以通过该过滤器装置， 而没有任何明显的压降。 气泡没有从介质中去除， 而可留在介质中。
下面将参考附图更详细地说明本发明的实施方式， 附图中 ：
图 1a 示出了用于本发明的一实施方式的能耐气泡的过滤器的示意图 ；
图 1b 示出了具有根据图 1a 的能耐气泡的过滤器的泵的纯示意图 ；
图 2 示出了用于说明堵塞压力和毛细力的图示 ；图 3 示出了用于一实施方式的具有彼此平行地布置的疏水性隔膜过滤器和亲水 性隔膜过滤器的过滤器装置的横截面图 ；
图 4 示出了用于另一实施方式的以楔形的形式实施的亲水性隔膜过滤器和疏水 性隔膜过滤器的横截面图 ；
图 5 示出了以锥形 (cone) 形状实施的过滤器装置的另一示意图 ；
图 6a 和图 6b 示出了具有几个疏水性隔膜过滤器区域和亲水性隔膜过滤器区域的 过滤器装置。
关于以下描述， 应指出的是， 在不同的实施方式中， 相同的或具有相同作用的功能 元件具有相同的参考标号， 并应指出的是， 因此， 对各种实施方式中的所述功能元件的描述 是可相互交换的。
图 1a 示出了用于本发明的一实施方式的过滤器装置的示意图。该过滤器装置包 括流入路径 105、 第一流出路径 110 及第二流出路径 120。另外， 该过滤器装置包括位于流 入路径 105 与第一流出路径 110 之间的疏水性隔膜过滤器 140， 并且还包括位于流入路径 105 与第二流出路径 120 之间的亲水性隔膜过滤器 150。该隔膜过滤器装置的特征在于， 疏 水性隔膜过滤器 140 的至少一个区段和亲水性隔膜过滤器 150 的一个区段以不大于 1mm 的 距离 d 彼此相对地设置， 从而使得随在流入路径 105 中流动的介质 220 一起移动的气泡 210 在移动过程中与疏水性隔膜过滤器 140 相接触。因此， 任何可存在于流入的介质 220 内的 气泡 210 都不能堵塞过滤器装置。在移动过程中， 气泡 210 通过疏水性隔膜过滤器 140。当 包含气泡 210 的介质 220 通过时， 无法测量堵塞压力。图 1b 纯示意性地示出了具有这种过 滤器装置的泵 142， 第一流出路径 110 和第二流出路径 120 连接至泵 142 的抽吸侧 144。 为了更好地理解运作的模式， 首先更详细地描述一些术语是有意义的。
图 2 描绘了堵塞压力和所施加的毛细力的图示。示意性地示出了气泡通过亲水性 过滤器 150 时的三个阶段。在第一阶段 (i) 中， 介质 220 最初流过亲水性过滤器 150， 没有 任何显著的堵塞压力。在第二阶段 (ii) 中， 气泡 210 来自流入方向 105， 从而在介质 210 上 形成自由面 (free surface)215。介质 220 以小于 90°的润湿角 θ 将过滤器的表面润湿。
因此， 亲水性过滤器 150 的材料或至少其表面是润湿的 ( 因此将介质或液体 “向 上拉” )。如果润湿角 θ 大于 90°， 那么这将把该表面分类为是液体排斥的 ( 疏水性的 )。 如果如图 2 所示地润湿角小于 90°， 那么亲水性过滤器 150 的表面沿该表面拉动介质， 从而 将需要一个力来从间隙中去除液体。 所需要的力只不过是将液体吸入间隙或孔隙中的毛细 力。
在第三阶段 (iii) 中， 已局部地挤压气泡 210 以通过亲水性过滤器 150， 从而使得 自由面 215 出现在亲水性过滤器 150 的后部输出 ( 在流动方向上 ) 处。
经常使用所谓的气泡点法或气泡点测试来执行堵塞压力的测量。 所述测试也被叫 做气泡压力测试或气泡点测量， 并用于测试隔膜的质量。用介质填充隔膜的孔隙， 例如， 这 些孔隙形成约 0.22μm 的通道开口 ( 例如， 用于无菌过滤 )。 介质可包括水， 例如， 并且最简 单的用于执行过滤工艺的方式是在一定压力下冲洗过滤器系统。为了测试， 最好根据设计 从渗透侧 ( 对于中空纤维模块 ) 缓慢地对隔膜壳体加压。为了使示例性的水从孔隙移动， 需要一个力 ( 两个过滤器侧的压差 )。所述压差取决于孔径 1 ：
其中， Δp ＝压差， σ ＝液体的表面张力 ( 水＝ 72.75mN/m)， θ ＝润湿角， l ＝孔径。 为了确定气泡点， 增大施加到过滤器上的压力。在与能看到气泡连续地离开的时 间相同的瞬时， 在压力计处读出压力。由于表面张力， 润湿角和压差是已知的， 能通过调节 等式来计算例如隔膜的最大孔隙的尺寸， 且因此确定隔膜的质量。如上述的， 根据物理定 义， 具有小于 90°的接触角 θ 的表面是亲水性的 ( 润湿的 )， 具有大于 90°的接触角的表 面是疏水性的 ( 不可润湿的 )。因此， 如果接触角 θ 小于 90° (cosθ ＞ 0)， 那么将产生正 压差 (Δp ＞ 0)。
例如， 如果使用圆形针孔 ( 针孔面板、 针孔盲板 (blind))， 如图 2 所示， 例如， 并且 如果由于气泡而形成自由面， 那么将必须克服毛细力。例如， 如果假定针孔具有直径 D( 此 弯液面将移动而通过该针孔 )， 那么将得出弯液面的最小曲率半径 r 为 r ＝ D/2， 并且无论 润湿角如何， 将必须克服压力壁垒 ：
假定例如管道直径 D ＝ 100μm， 并假定对于空气 / 水， 表面张力 σwa ＝ 0.075N/m， 压力壁垒 Δpb 将为 30hPa， D ＝ 50μm 将导致 Δpb ＝ 60hPa。
对于间隙孔 ( 间隙面板， 间隙盲板 )， 仅有一个主曲率平面， 且因此存在于具有高 度 H 的间隙的堵塞压力精确地为具有直径 D ＝ H 的针孔的堵塞压力的一半。
假定例如间隙高度 H ＝ 100μm， 并假定对于空气 / 水， 表面张力 σwa ＝ 0.075N/m， 因此压力壁垒将为 Δpb ＝ 15hPa， 对于 H ＝ 25μm， 将导致 Δpb ＝ 30hPa。然而， 大多数微 型泵可轻松地产生高达 50hPa 的抽吸压力。
假定过滤器的堵塞压力， 则上述孔的直径与孔隙尺寸相对应。假定孔隙尺寸为 5μm， 则根据等式 (2) 的堵塞压力将为约 600hPa， 并且， 对于更小的孔径， 将甚至更高。然 而， 普通的微型泵无法产生这种数量级的抽吸压力。这就是为什么尤其是对于微型泵有效 地引导气泡通过过滤器是非常重要的原因。
图 3 示出了位于壳体 300 内的过滤器装置的一实施方式。壳体 300 具有用于流入 路径 105 的输入及用于 ( 共享的 ) 流出路径 205 的输出。在壳体 300 内， 亲水性隔膜过滤 器 150 和疏水性隔膜过滤器 140 彼此相对地布置， 从而在亲水性隔膜过滤器 150 与疏水性 隔膜过滤器 140 之间形成间隙 160。在所示实施方式中， 亲水性隔膜过滤器 150 和疏水性 隔膜过滤器 140 可构造成是平面的， 例如， 从而使得两个以平面的方式实施的过滤器彼此 相对地设置， 并从而使得间隙 160 因此大致具有恒定的间隙宽度 d( 恒定的距离 )。在间隙 160 的一端处， 可设置有终端壁 (termination wall)310， 例如， 所述终端壁连接至亲水性隔 膜过滤器 150 或疏水性隔膜过滤器 140。所述终端壁可构造成使得， 例如， 在终端壁 310 处 可无法形成用于气泡 210 的堆积空间。
有利地， 间隙宽度 d 的尺寸构造成使得， 根据介质， 毛细力将把介质 220 吸入间隙 中， 并因此将减小流阻。
在该过滤器装置中， 流入路径 105 被分成第一流出路径 110 和第二流出路径 120， 上述第一流出路径和第二流出路径重新结合成共同的 ( 共享的 ) 流出路径 205。第一流出 路径 110 通过疏水性隔膜过滤器 140， 而第二流出路径 120 通过亲水性隔膜过滤器 150。当 介质 220 通过流入路径 105 流入位于壳体 300 内的过滤器装置中时， 介质 220 将流过亲水 性隔膜过滤器 150， 因为疏水性隔膜过滤器 140 代表对于介质的更高的流阻。
在运作过程中， 可能出现， 例如， 沿着第一流出路径 110 在壳体 300 的上部区域中 ( 抵抗重力 ) 形成气泡 210( 其可包含空气 )。如果任何另外的气泡经由介质 220 通过流入 路径 105 进入过滤器装置中， 那么所述另外的气泡将经由第一流出路径 110 到达壳体 300 的上部。同时， 位于那里的一些空气或气体将通过共同的流出路径 205 离开壳体 300。因 此， 位于介质 220 内的气泡可通过过滤器装置， 而在过滤器前方没有气泡的堆积。
图 4 示出了另一实施方式， 其中， 亲水性隔膜过滤器 150 和疏水性隔膜过滤器 140 同样布置成是平面的， 例如， 在此实施方式中， 亲水性隔膜过滤器 150 和疏水性隔膜过滤器 140 两者都以楔形形状来布置。因此， 亲水性隔膜过滤器和疏水性隔膜过滤器逐渐变尖， 以 形成顶端 312， 从而使得亲水性隔膜过滤器 150 与疏水性隔膜过滤器 140 之间的距离朝着顶 端 312 在下游方向上连续地减小。而且， 在此实施方式中， 经由流入路径 105 进入示例性的 壳体 300 中的介质也被分成第一流出路径 110 和第二流出路径 120， 一旦上述第一流出路径 和第二流出路径已通过过滤器， 便将重新结合， 以形成共同的流出路径 205。疏水性隔膜过 滤器沿着第一流出路径 110 设置， 从而使得任何可存在于介质 220 内的气泡例如将经由疏 水性隔膜过滤器 140 而移动。同时， 介质 220 将沿着第二流出路径 120 移动， 并经由亲水性 隔膜过滤器 150 到达共同的流出路径 205。
疏水性隔膜过滤器 140 和亲水性隔膜过滤器 150 可垂直于图 4 的绘制平面以平面 的方式延伸， 从而产生所述楔形形状的布置。 此实施方式具有的有利之处在于 ： 亲水性隔膜 过滤器 150 与疏水性隔膜过滤器 140 之间的距离连续地减小， 从而可在亲水性隔膜过滤器 150 与疏水性隔膜过滤器 140 之间实施甚至非常小的距离。 由于非常小的距离， 非常小的气 泡在移动过程中则可与疏水性隔膜过滤器 140 相接触， 而不产生聚积效果。当气泡与疏水 性隔膜过滤器 140 相接触时， 可在上方形成大的气泡 210。例如， 距离 d 可从约 600μm 的值 连续地减小至例如小于 10μm 的值。
在另外的实施方式中， 所获得的楔形形状的布置还可与如图 3 所示的平行布置相 结合， 从而， 例如， 最初亲水性隔膜过滤器 150 和疏水性隔膜过滤器 140 以平面的方式平行 地 ( 且彼此相对地 ) 布置， 并且如图 4 所示， 在下游方向上以楔形形状的方式朝着彼此会 聚。
图 5 示出了另一实施方式， 其中， 亲水性隔膜过滤器 150 和疏水性隔膜过滤器 140 形成具有顶点 412 的锥形， 介质 220 的流动方向是从右向左， 并且顶点 412 位于下游。疏水 性隔膜过滤器 140 和亲水性隔膜过滤器 150 布置在外壳 400 内部， 并固定至上述外壳。例 如， 上述外壳可以是圆柱形的， 从而图 5 代表沿着纵向圆柱体轴线的横截面图。在此实施方 式中， 疏水性隔膜过滤器 140 竖直地布置在上方 ( 抵抗重力场 )， 而亲水性隔膜过滤器 150 竖直地布置在上述疏水性隔膜过滤器之下。因此， 任何位于介质 220 内的气泡 210 都在下 游方向上被引入锥形的内部， 并与疏水性隔膜过滤器 140 相接触， 这些气泡可经由第一流 出路径 110 轻松地通过。相比之下， 介质 220 可经由位于竖直地设置在上述疏水性隔膜过滤器之下的侧面中的第二流出路径 120 通过亲水性隔膜过滤器 150。
从图 5 中还能看到， 亲水性隔膜过滤器 150 与疏水性隔膜过滤器 140 之间的距离 朝着顶点 412 在下游方向上连续地减小。因此， 即使在下游方向上沿着亲水性隔膜过滤器 150 移动的微小的气泡 210 也可在顶点 412 与疏水性隔膜过滤器 140 相接触， 并可在那里轻 松地通过所述过滤器。交叉线 6’ -6 代表图 6b 中的横截面图所涉及的横截面线。
图 5 所示的实施方式还可这样扩展或改进 ： 使用过滤器材料， 使所述过滤器材料 的各区段是疏水性的 / 亲水性的， 且然后会聚， 以形成楔形， 从而使得即使微小的气泡也不 会与疏水性隔膜相接触， 且因此能通过过滤器。
图 6a 和图 6b 示出了另外的实施方式， 其中， 例如， 亲水性隔膜过滤器 150 和疏水 性隔膜过滤器 140 具有几个以相互交替的方式布置的区段。
图 6a 示出了例如如图 3 所示的过滤器装置的另一实施方式， 在图 6a 所示的实施 方式中， 疏水性隔膜过滤器具有第一区段 140a 和第二区段 140b， 而亲水性隔膜过滤器 150 也具有第一区段 150a 和第二区段 150b。沿着从流入路径 105 到流出路径 205 的流动方向， 亲水性区段和疏水性区段在流动方向上一个接一个地交替布置。与图 3 所示的实施方式相 比， 因此用在流动方向上一个接一个地设置的疏水性隔膜区段 140a 的第一部分和亲水性 隔膜区段 150b 的第二部分来代替亲水性隔膜过滤器 150( 图 3 中 )。同时， 用同样在流动方 向上一个接一个地设置的第一亲水性区段 150a 和第二疏水性区段 140b 来代替图 3 所示的 疏水性隔膜过滤器 140。 因此， 疏水性区段 140a 和亲水性区段 150a 在流动方向上平行地且 彼此相对地布置， 并且在下游方向上与之相邻的第二疏水性区段 140b 和第二亲水性区段 150b 平行地且彼此相对地布置。例如， 亲水性区段 150a、 150b 和疏水性区段 140a、 140b 同 样可实施为是平面的， 从而使得这些表面是平行的且彼此相对的。
图 6a 所示的实施方式于是具有的有利之处在于 ： 无论过滤器装置的定向如何， 即 使非常小的气泡 ( 例如， 这些气泡沿着上部管道区域竖直地扩散 ) 也可与疏水性隔膜区段 140 相接触。然而， 可改变区段的顺序， 从而首先形成亲水性区段 150， 接着是疏水性区段 140， 只要疏水性区段 140 始终在亲水性区段 150 之后或之前。
在另外的实施方式中， 位于下游的第二疏水性区段 140b 及第二亲水性区段 150b 还可构造成相互为楔形形状， 例如， 如图 4 所示。因此， 当第二疏水性区段 140b 接触第二亲 水性区段 150b 或者连接至上述第二亲水性区段时， 反而， 终端壁 310 可变成多余的。
在另外的实施方式中， 因此还可将亲水性隔膜区域 150 和疏水性隔膜区域 140 的 串联布置与并联布置相结合， 即， 亲水性隔膜区域 150 和疏水性隔膜区域 140 没有平行地且 彼此相对地布置， 而是以平面的方式彼此相邻地布置， 例如， 如图 6a 所示。
图 6b 示出了亲水性隔膜区域 150 和疏水性隔膜区域 140 的锥形形状的实施方式 的另一实施方式， 如图 5 所示。这是垂直于流动方向 ( 例如从流入路径 105 的方向， 例如沿 着图 5 中的剖面线 6-6’ ) 的横截面图。因此， 图 6b 示出了一实施方式， 其中， 各隔膜区域 以锥形形状来布置。在这种情况下， 过滤隔膜交替地 ( 例如， 在顺时针方向上 ) 具有亲水性 区段 150 和疏水性区段 140， 例如， 第一亲水性隔膜区域 150a 之后是第一疏水性隔膜区域 140a， 并与之相邻， 而且第二亲水性隔膜区域 150b 之后是第二疏水性隔膜区域 140b。这种 交替的布置继续下去， 直到整个锥形表面由亲水性隔膜区域 150 和疏水性隔膜区域 140 以 条纹形状的方式形成之时， 如图 6b 所示。所有的亲水性隔膜区域 150 和疏水性隔膜区域140 都朝着顶点 412 会聚， 在那里， 所有的亲水性隔膜区域和疏水性隔膜区域都重合并彼此 连接。
因此， 在下游方向上移动的气泡 210 在其移动过程中将始终与疏水性隔膜区域 140 相接触。 对于相对大的气泡， 与疏水性管道区域的接触通常出现得比对于非常小的气泡 更早， 对于非常小的气泡， 可能出现， 这些非常小的气泡移动直至锥形的顶点 412， 并且在这 一点之前没有与疏水性隔膜区段相接触。 因此， 此实施方式还具有的有利之处在于 ： 无论重 力如何作用， 气泡 210 都沿着其移动在更早或更晚的时间点与疏水性隔膜区段 140 相接触， 且然后可轻松地通过上述疏水性隔膜区段。 因此， 防止了所述聚积效果， 根据过滤器相对于 重力的定向或排列， 上述聚积效果将导致气泡可积聚在过滤器的特定位置处并在那里堵塞 过滤器， 从而增大流阻。图 6b 的过滤器装置包括几个平行地布置的亲水性过滤器区段或疏 水性过滤器区段。
在另外的实施方式中， 对于亲水性过滤器隔膜 150 和疏水性过滤器隔膜 140， 还可 利用两种不同的隔膜材料， 并且还可使用不同的孔隙尺寸。 例如， 可利用具有相同或不同的 孔隙宽度的两种隔膜， 从而通过对于空气过滤器使用更小的孔隙宽度， 可有效地保持空气 旁路畅通， 因为气泡点取决于疏水性并取决于孔隙尺寸。 例如， 疏水性隔膜过滤器 140 和亲水性隔膜过滤器 150 还可借助于均匀地实施的 隔膜过滤器的表面处理来形成。 在表面处理过程中， 例如， 过滤器可借助于将是疏水性的或 亲水性的表面涂层、 依据用于处理该表面的材料来实施。其中可使诸如硅、 塑料隔膜、 金属 隔膜等的材料形成为是结构化的、 疏水性的或亲水性的涂覆技术发展到日益增多的程度。 因此， 可首先整体上形成隔膜， 且然后， 以疏水性的方式或以亲水性的方式涂覆隔膜的特定 区段， 可对特定区段选择性地实行。因此， 可将所谓的无气泡点过滤器直接合并到微型泵 中， 因为微型泵的入口处安装有具有部分地为疏水性的涂层且部分地为亲水性的涂层的过 滤器元件。
根据这些实施方式的能耐气泡的颗粒过滤器还可总结如下。 隔膜设计成与流动方 向平行， 例如， 以相反的方式。隔膜的布置使得功能与位置完全无关， 从而即使在围绕水平 轴线旋转 180°的情况下， 过滤器也将同样良好地工作。 亲水性隔膜 140 可像海绵一样起作 用并吸收水。例如， 间隙厚度 ( 距离 )d 可选择成与出现的最小气泡 210 一样大， 对于这些 隔膜， 还可一个隔膜设置在另一个隔膜的顶部上。可替代地， 距离 d 可选择成使得出现的气 泡的至少 80％具有大于距离 d 的直径。 这些隔膜还可以楔形形状或袋状形状或漏斗形形状 的方式来布置， 这种楔形形状的布置还确保， 最小的气泡 210 将与疏水性隔膜区域 140 相接 触。借助于间隙 160 或管道的尺寸确定， 毛细力可进一步用于进一步减小流阻。通常， 在这 些实施方式中， 存在非常低的压降， 因此， 这些实施方式非常适于微流体 ( 例如， 用于微型 泵 )。
因此， 这些实施方式不仅避免了气泡可能积聚在管道的特定位置处， 而且同时避 免了小的颗粒可能沉积在疏水性的位置处， 上述小的颗粒沉积在疏水性的位置处可限制或 甚至将阻碍过滤器的能耐气泡功能。因此， 能避免传统的解决方案的不利之处， 其中， 围绕 水平旋转轴线旋转 180°导致过滤器变得堵塞， 即， 精确地， 当亲水性隔膜位于顶部处， 且因 此， 空气积聚在顶部处， 并且不再允许水通过时。
在这些实施方式中， 距离 d 可选择成使得其明确地小于现有气泡的直径或最小的
现有气泡的直径。例如， 直径 d 也可达到约 200μm 或约 100μm， 或者处于 100μm 以下的 范围内。如图 4 和图 5 所示的以楔形形状或锥形形状的方式布置的隔膜构造可例如在顶点 312、 412 处包含一角度， 疏水性隔膜 140 和亲水性隔膜 150 横跨该角度， 并且该角度在 5° 到 50°的范围内， 或者至少小于 180°。 孔隙尺寸可以灵活的方式设定， 孔隙可以是 0.2μm 的数量级， 或者具有在 0.1μm 到 20μm 或 5μm 到 10μm 的范围内的尺寸。
这些实施方式还包括过滤器装置， 其中， 通过具有一个疏水性区段和一个亲水性 区段的过滤元件来实施流动的分流， 在分流之后， 重新结合。在另外的实施方式中， 亲水性 区段的过滤器材料与疏水性区段的过滤器材料相对地设置， 从而在两个隔膜过滤器之间产 生狭窄的流动间隙。
在另外的实施方式中， 疏水性过滤器和亲水性过滤器可彼此相对地设置， 且其间 具有狭窄的间隙 160， 间隙 160 的高纵横比确保毛细力的存在， 从而使得只有液体将留在间 隙 160 内且位于亲水性过滤器 150 前方， 并且从而使得一旦气泡已通过疏水性过滤器 140， 则亲水性过滤器 150 前方将不再有气泡。
因此， 具有不同的接触角的两个 ( 或更多个 ) 过滤器材料平行地布置， 一个过滤器 相对于待运送的液体具有润湿作用 ( 且因此在填充过程中仅具有较低的填充压力 )， 而另 一个过滤器材料相对于该液体具有更高的填充压力且没有润湿 ( 即， 空气将留在第二过滤 器内 )。流动路径在过滤器前方分开， 并在这些过滤器之后重新结合。如果气泡进入， 那么 其将通过第二疏水性过滤器， 堵塞压力在这里不会变成可测量的。 由于这种过滤器装置是能耐气泡的， 从而这些气泡可不受任何阻力地或不受任何 明显的阻力地通过过滤器 ( 例如， 位于微型泵的输入处 )， 这种过滤器装置应不能直接通向 周围环境， 以避免吸入周围空气。因此， 应使这种过滤器装置与周围空气隔离。
因此， 本发明的实施方式提供了具有布置在泵的抽吸侧处的能耐气泡的颗粒过滤 器的泵。 在本发明的实施方式中， 泵是微型泵。 本发明的实施方式总体上涉及具有小孔隙尺 寸的过滤器的泵。这些实施方式涉及包括颗粒过滤器的齿轮泵， 以防止泵被颗粒堵塞。总 体上， 本发明的实施方式涉及具有这样的结构的泵， 即， 该结构可变得被颗粒堵塞或堵住， 且因此需要过滤器。