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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil und eine Mikrofluidpumpe,
die ein derartiges Ventil aufweist, und spezieller ein Ventil, das
ein Auslassrohr aufweist, das mit Flüssigkeit gefüllt ist,
so dass das Auslassrohr einen vorbestimmten Druckwiderstand aufweist,
und Gas aus einem Kapillarrohr durch das Auslassrohr entweichen
lässt,
wenn ein Gasdruck in dem Kapillarrohr den Druckwiderstand des Auslassrohrs überschreitet,
und betrifft eine Mikrofluidpumpe, die ein derartiges Ventil aufweist.
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Seit
einiger Zeit wurden aktiv mikro-elektromechanische Systeme (MEMS)
entwickelt, die in weitem Ausmaß auf
verschiedenen Gebieten eingesetzt wurden, beispielsweise in der
Gentechnik, in der medizinischen Diagnose, und bei der Entwicklung
neuer Medikamente.
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Insbesondere
wurde eine Technologie mit Labor auf einem Chip (LOC) vorgeschlagen,
um alle Prozesse, einschließlich
allgemeiner chemischen Reaktionen und Analysen, unter Verwendung
eines einzelnen Chips in dem mikro-elektromechanischen System durchzuführen.
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Das
LOC wird dazu verwendet, Geräte
für Probenvorprozesse,
Reaktionen, Trennungen, und Nachweis, die zur Probenuntersuchung
erforderlich sind, auf einem Chip mit kleinen Abmessungen zu vereinigen
und zu automatisieren, beispielsweise aus Glas, Kunststoff, oder
Silizium, unter Verwendung eines Mikrobearbeitungsverfahrens.
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Eine
Probenuntersuchung unter Verwendung des LOC weist den Vorteil auf,
dass Versuche mit nur einer minimalen Probenmenge ermöglicht werden,
und daher wird sie in weitem Ausmaß auf dem Gebiet der Medizin,
der Chemie, der Diagnose, und der Biologie eingesetzt, bei welchen
es schwierig ist, eine große
Probenmenge zu erhalten.
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Um
eine Probe oder ein Reagenz unter Verwendung des LOC zu untersuchen,
wird jedoch eine Antriebsquelle zur Übertragung der Probe oder des Reagenz
durch eine Mikroeinheit benötigt.
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Ein
Beispiel für
eine herkömmliche
Antriebsquelle für
den Antrieb des LOC ist eine Mikropumpe. In diesem Zusammenhang
wurde eine Pumpe vorgeschlagen, die ein piezoelektrisches Element
einsetzt, eine Pumpe, die einen elektrischen Kapillareffekt einsetzt,
eine Pumpe, welche die Erzeugung und das Löschen von Gas infolge von Elektrolyse
einsetzt, und eine Drehpumpe zum Einlassen und Auslassen von Fluid
unter Verwendung eines Rotors.
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1 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion einer herkömmlichen
Mikropumpe, die eine Pumpe zur Übertragung
von Fluid wie beispielsweise Flüssigkeit
oder Gas unter Verwendung von Grenzflächenspannungen darstellt, die
in Abhängigkeit
von einer Potentialdifferenz änderbar
ist. Die Mikropumpe weist eine Gaskammer 120 mit einem
vorbestimmten Volumen auf, ein Kapillarrohr 110, bei dem
ein Ende an die Gaskammer 120 angeschlossen ist, ein Übertragungsrohr 180,
das mit dem anderen Ende des Kapillarrohrs 110 verbunden
ist, und ein Einlass-Rückschlagventil 190 und
ein Auslass- Rückschlagventil 200 aufweist,
die darin angebracht sind, damit das Fluid nur in einer Richtung übertragen
wird, einen Quecksilberklumpen 130, der in dem mittleren
Teil des Kapillarrohrs 110 angeordnet ist, wobei der Quecksilberklumpen 130 einen
in ihm angebrachten elektrischen Kontaktstift 150 aufweist,
eine Elektrolyselösung 140,
die in das Kapillarrohr 110 eingefüllt ist, so dass sich das eine
Ende der Elektrolyselösung 140 in
der Nähe
des Quecksilberklumpens 130 befindet, und sich das andere
Ende der Elektrolyselösung 140 in
der Nähe
des Fluids befindet, welches transportiert wird, wobei in der Elektrolyselösung 140 eine
Elektrode 160 angeordnet ist, und eine Stromversorgungsquelle 170 zum
Anlegen einer Spannung zwischen dem elektrischen Kontaktstift 150 und
der Elektrode 160.
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Die
Mikropumpe mit der voranstehend geschilderten Konstruktion wird
folgendermaßen
betrieben. Wenn eine rechteckförmige
oder sinusförmige Spannung
von der Stromversorgungsquelle 170 an die Elektrode 160 angelegt
wird, wird die Grenzflächenspannung
des Quecksilberklumpens 130 durch die angelegte Spannung
geändert.
Wenn die Grenzflächenspannung
des Quecksilberklumpens 130 periodisch durch die Spannung
geändert
wird, führt
der Quecksilberklumpen 130 eine Hin- und Herbewegung in
dem Kapillarrohr 110 entsprechend dem Zyklus der Versorgungsspannung
durch.
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Wenn
sich der Quecksilberklumpen 130 zur Gaskammer 120 in
dem Kapillarrohr 110 bewegt, bewegen sich die Elektrolyselösung 140 und
Fluid, das an dem anderen Ende des Kapillarrohrs 110 angeordnet
ist, das an das Übertragungsrohr 130 angeschlossen
ist, zur Gaskammer 120 hin. Dies führt dazu, dass das Einlass-Rückschlagventil 190 geöffnet wird,
um den leeren Raum zu füllen,
und daher Fluid von außen
in das andere Ende des Kapillarrohrs 110 eingelassen wird.
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Andererseits
bewegt sich, wenn sich der Quecksilberklumpen 130 weg von
der Gaskammer 120 in dem Kapillarrohr 110 bewegt,
also zum Übertragungsrohr 180 hin,
auch die Elektrolyselösung 140 zum Übertragungsrohr 180.
Dies führt
dazu, dass der Druck in dem Übertragungsrohr 180 zunimmt,
und daher das Auslass-Rückschlagventil 200 geöffnet wird,
wodurch das Fluid durch das Auslass-Rückschlagventil 200 übertragen
wird. Diese Vorgänge werden
wiederholt durchgeführt,
um ständig
das Fluid zu übertragen.
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Allerdings
muss ein Druck, der höher
ist als ein vorbestimmter Druck, in dem Kapillarrohr vorhanden sein,
um die herkömmliche
Mikropumpe zu betreiben, und nimmt, wenn das Rückschlagventil eine Störung aufweist,
der Innendruck des Kapillarrohrs übermäßig stark zu.
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Wenn
medizinische Substanzen in einen menschlichen Körper unter Verwendung der herkömmlichen
Mikropumpe eingespritzt werden, kann daher beim menschlichen Körper eine
gefährliche
Situation auftreten.
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Weiterhin
weist die herkömmliche
Mikropumpe eine derartige Konstruktion auf, dass sich der Quecksilberklumpen
infolge des Anlegens einer externen Spannung bewegt, um so das Fluid
zuzuführen
oder abzulassen. Daher ist es erforderlich, nicht nur Gas, sondern
auch den Quecksilberklumpen und die Elektrolyselösung in dem Kapillarrohr vorzusehen,
und den elektrischen Kontaktstift in dem Quecksilberklumpen anzuordnen,
wodurch die Konstruktion der Mikropumpe komplizierter wird.
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Daher
wurde die vorliegende Erfindung angesichts der voranstehend geschilderten
Probleme entwickelt, und besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
in der Bereitstellung eines Ventils, das als Entlastungsventil oder
als Stabilisator dient, bei welchem ein Auslassrohr vorgesehen ist,
das einen vorbestimmten Druckwiderstand aufweist, an das Kapillarrohr
angeschlossen ist, und ermöglicht,
dass Fluid infolge des Gasdrucks zugeführt oder ausgelassen wird,
wenn der Gasdruck in dem Kapillarrohr höher ist als der Druckwiderstand
des Auslassrohrs, und ermöglicht,
dass das Fluid aus dem Kapillarrohr durch das Auslassrohr ausgelassen
wird, wenn der Gasdruck im Kapillarrohr höher ist als der Druckwiderstand
des Auslassrohrs, wodurch die Zufuhr von Fluid nur unter Einsatz
des Gasdruckes gesteuert wird, ohne das Vorsehen eines zusätzlichen
Eingriffsteils, und verhindert wird, dass mehr als ein vorbestimmter Druck
auf das Innere des Übertragungsrohrs
einwirkt, und besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung in der
Bereitstellung einer Mikrofluidpumpe, welche ein derartiges Ventil
aufweist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung können die voranstehenden und
weitere Vorteile durch die Bereitstellung eines Ventils erreicht werden,
das in einer Mikrofluidpumpe angebracht ist, die ein Kapillarrohr
aufweist, an welches eine Gaszufuhreinheit und ein Fluidübertragungsrohr
angeschlossen sind, zum Steuern des Einlassens und des Auslassens
von Fluid, wobei das Ventil ein Auslassrohr aufweist, das mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, so dass das Auslassrohr einen vorbestimmten Druckwiderstand
aufweist, und eine derartige Konstruktion aufweist, dass ein Ende
des Auslassrohrs so an das Kapillarrohr angeschlossen ist, dass
das Auslassrohr mit dem Inneren des Kapillarrohrs in Verbindung steht,
und das andere Ende des Auslassrohrs offen ist, so dass Gas aus
dem Kapillarrohr durch das Auslassrohr abgelassen werden kann, wenn
ein Gasdruck in dem Kapillarrohr den Druckwiderstand des Auslassrohrs überschreitet.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mikrofluidpumpe
zur Verfügung
gestellt, die ein Kapillarrohr aufweist, durch welches Fluid fließt, ein
an das andere Ende des Kapillarrohrs angeschlossenes Übertragungsrohr,
welches ein Einlass-Rückschlagventil
und ein Auslass-Rückschlagventil
aufweist, die in ihm angebracht sind, und eine Gaszufuhreinheit
zum Liefern von Gas, um das Fluid in dem Kapillarrohr zu bewegen,
wobei die Mikrofluidpumpe darüber
hinaus ein Ventil aufweist, das ein Auslassrohr hat, das mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, so dass das Auslassrohr einen vorbestimmten Druckwiderstand
aufweist, und eine solche Konstruktion aufweist, bei welcher ein
Ende des Auslassrohrs an das Kapillarrohr angeschlossen ist, so
dass das Auslassrohr mit dem Inneren des Kapillarrohrs in Verbindung
steht, und das andere Ende des Auslassrohrs offen ist, wodurch Gas
aus dem Kapillarrohr durch das Auslassrohr abgelassen werden kann,
wenn ein Gasdruck in dem Kapillarrohr den Druckwiderstand des Auslassrohrs überschreitet.
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Vorzugsweise
dient das Ventil als ein Entlastungsventil, um es zu ermöglichen,
dass das Gas in dem Kapillarrohr nach außerhalb durch das Auslassrohr
abgelassen werden kann, wenn der Innendruck des Kapillarrohrs einen
vorbestimmten Druckpegel überschreitet,
wodurch der Innendruck des Kapillarrohrs so gesteuert wird, dass
er gleich dem Atmosphärendruck
ist. Alternativ kann das Ventil weiterhin ein Auslassteil aufweisen,
das an dem anderen Ende des Auslassrohrs vorgesehen ist, und kann
das Ventil als ein Stabilisator dienen, um es dem Gas in dem Kapillarrohr
zu ermöglichen,
durch die Flüssigkeit hindurchzugelangen,
und nach außerhalb
in einer Luftblasenphase abgelassen zu werden, bis sich der Innendruck
des Kapillarrohrs stabilisiert hat, wenn der Innendruck des Kapillarrohrs
einen vorbestimmten Druckpegel überschreitet,
wodurch der Innendruck des Kapillarrohrs gleichmäßig stabilisiert wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion einer herkömmlichen
Mikropumpe;
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2 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion eines Ventils gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 und 4 jeweils
eine Ansicht zur Erläuterung
des Betriebsablaufs des Ventils gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 bis 7 jeweils
eine Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion und des Betriebsablaufs einer Mikrofluidpumpe,
welche das Ventil gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist;
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8 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion eines Ventils gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 8;
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10 ein
Diagramm zur Erläuterung
der Änderung
des Gasdrucks in Abhängigkeit
von der Zeit in einem Kapillarrohr, an welches das Ventil, das als
ein Stabilisator dient, gemäß der vorliegenden
Erfindung angeschlossen ist; und
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11 eine
Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion und des Betriebsablaufs einer Mikrofluidpumpe,
welche das Ventil gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist.
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Als
nächstes
werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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2 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion eines Ventils 2 gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 2 ist in einer Mikrofluidpumpe
angebracht, die ein Kapillarrohr 1 aufweist, an welches
eine Gaszufuhreinheit und ein Fluidübertragungsrohr angeschlossen sind,
zum Steuern des Einlassens und des Auslassens von Fluid. Bei dieser
Ausführungsform
weist das Ventil 2 ein Auslassrohr 21 auf, das
einen vorbestimmten Druckwiderstand hat, und eine solche Konstruktion
aufweist, dass ein Ende des Auslassrohrs 21 an das Kapillarrohr 1 angeschlossen
ist, so dass das Auslassrohr 21 in Verbindung mit dem Inneren des
Kapillarrohrs 1 steht, und das andere Ende des Auslassrohrs 21 offen
ist. Daher dient das Ventil 2 gemäß dieser Ausführungsform
als ein Entlastungsventil, um zu ermöglichen, dass Gas in dem Kapillarrohr 1 vollständig nach
außerhalb
durch das Auslassrohr 21 abgelassen wird, wenn der Gasdruck
in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand des Auslassrohrs 21 überschreitet.
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Die 3 und 4 sind
Ansichten zur Erläuterung
des Betriebsablaufs des Ventils gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Auslassrohr 21 des Ventils 2 weist
einen Innendruck Pb auf (nachstehend als "ein Druckwiderstand" bezeichnet), der sich an der Grenzfläche zwischen Gas
und Fluid in dem Auslassrohr 21 entwickelt. Wie in 3 gezeigt,
drückt
das Gas in dem Kapillarrohr 1 das Fluid in dem Kapillarrohr 1 mit
einem vorbestimmten Druck heraus. Im einzelnen drückt, wenn der
Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 niedriger ist als der
Druckwiderstand Pb, und höher
ist als ein Fluiddruck Pc, das Gas in dem Kapillarrohr 1 ständig das Fluid
in dem Kapillarrohr 1 heraus.
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Wie
in 4 gezeigt, drückt
andererseits, wenn der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 weiter zunimmt,
und daher der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand
Pb des Auslassrohrs 21 überschreitet,
das Gas nicht mehr das Fluid heraus, so dass das Gas vollständig nach
außerhalb durch
das Auslassrohr 21 abgelassen wird.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, dient das Ventil 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein Entlastungsventil, welches vollständig das
Gas aus dem Kapillarrohr 1 ausstößt, wenn der auf das Fluid
einwirkende Druck, also der Gasdruck in dem Kapillarrohr 1,
einen vorbestimmten Druckpegel überschreitet,
also den Druckwiderstand des Auslassrohrs 21, nur durch
Einsatz des Gasdruckes und des Druckwiderstands des Auslassrohrs 21,
ohne Bereitstellung eines zusätzlichen
Eingriffsteils, wodurch verhindert wird, dass ein zu hoher Druck
auf das Fluid einwirkt.
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Die 5 bis 7 sind
Ansichten zur Erläuterung
der Konstruktion und des Betriebsablaufs einer Mikrofluidpumpe, welche
das Ventil gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Mikrofluidpumpe weist ein
Kapillarrohr 1 auf, durch welches Fluid fließt, ein Übertragungsrohr 3,
das an ein Ende des Kapillarrohrs 1 angeschlossen ist,
wobei in dem Übertragungsrohr 3 ein Einlass-Rückschlagventil 31 und
ein Auslass-Rückschlagventil 32 angebracht
sind, und eine Gaszufuhreinheit 4 zum Zuführen von
Gas, um das Fluid in dem Kapillarrohr 1 zu bewegen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Mikrofluidpumpe weiterhin ein Ventil 2 auf,
das ein Auslassrohr 21 hat, das einen vorbestimmten Druckwiderstand
aufweist, und eine solche Konstruktion aufweist, bei welcher ein Ende
des Auslassrohrs 21 an das Kapillarrohr 1 angeschlossen
ist, so dass das Auslassrohr 21 mit dem Inneren des Kapillarrohrs 1 in
Verbindung steht, und so als Entlastungsventil dient, um zu ermöglichen, dass
Gas in dem Kapillarrohr 1 vollständig nach außerhalb
durch das Auslassrohr 21 ausgestoßen wird, wenn der Gasdruck
in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand des Auslassrohrs 21 überschreitet.
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Nachstehend
wird der Betriebsablauf der Mikrofluidpumpe, welche das Ventil,
das als Entlastungsventil dient, gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist,
im einzelnen beschrieben.
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Zuerst
wird, wie in 5 gezeigt, wenn keine Gaszufuhr
von der Gaszufuhreinheit 4 vorhanden ist, oder der Gasdruck
Pa in dem Kapillarrohr 1 niedriger ist als der Fluiddruck
Pc des Fluids, das in das Übertragungsrohr 3 eingelassen
wird, und der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21, und
der Fluiddruck Pc niedriger ist als der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21,
das Einlass-Rückschlagventil 31 geöffnet, so
dass Fluid in das Kapillarrohr 1 eingelassen wird.
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Wenn
andererseits, wie in 6 gezeigt, Gas von der Gaszufuhreinheit 4 dem
Kapillarrohr 1 zugeführt
wird, so überschreitet
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 den Fluiddruck des
Fluids, das in das Übertragungsrohr 3 eingelassen
wurde, was dazu führt,
dass das Gas in dem Kapillarrohr 1 das Fluid in dem Kapillarrohr 1 herausdrückt. Zu
diesem Zeitpunkt wird das Einlass-Rückschlagventil 31 geschlossen,
und das Auslass-Rückschlagventil 32 geöffnet. Dies
führt dazu,
dass das Fluid durch das Auslass-Rückschlagventil 32 abgegeben
wird. Hierbei ist der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21 höher als
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1.
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Wenn
mehr als eine vorbestimmte Menge an Fluid zugeführt wird, infolge der Fluidzufuhr
durch das Auslassrohr-Rückschlagventil 32,
oder einer Störung
des Rückschlagventils,
und daher ein zu hoher Widerstand in dem Übertragungsrohr 3 hervorgerufen
wird, nimmt der Fluiddruck Pc zu, und nimmt, wenn ständig Gas
zugeführt
wird, auch der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 zu, infolge
der vergrößerten Gasmenge.
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Wenn
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 zunimmt, und daher
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand
Pb des Auslassrohrs 21 überschreitet,
wird das Gas mit dem erhöhten Druck
aus dem Kapillarrohr 1 durch das Auslassrohr 21 abgelassen,
wie in 7 gezeigt ist. Dies führt dazu, dass der Druck in
dem Kapillarrohr 1 sich zu Atmosphärendruck ändert.
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Das
herkömmliche
Ventil weist in der Hinsicht ein Problem auf, dass dann, wenn mehr
als eine vorbestimmte Menge an Fluid zugeführt wird, oder der Gasdruck
ständig
ansteigt, während
das Rückschlagventil
nicht ordnungsgemäß funktioniert,
ständig
zu viel Fluid zugeführt
werden kann, oder die Mikrofluidpumpe, welche das herkömmliche
Rückschlagventil
aufweist, eine Störung
aufweisen kann. Wenn beispielsweise medizinische Substanzen in einen
menschlichen Körper
eingespritzt werden, kann bei dem menschlichen Körper eine gefährliche
Situation auftreten.
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Andererseits
weist das Ventil, das als Entlastungsventil dient, gemäß der vorliegenden
Erfindung einen vorbestimmten Druckwiderstand auf, und lässt das
Gas nach außerhalb
ab, wenn ein Druck höher als
der vorbestimmte Druckwiderstand einwirkt, wodurch die gefährlichen
Faktoren ausgeschaltet werden, die von dem herkömmlichen Ventil hervorgerufen
werden.
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8 ist
eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Ventils 2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erläutert,
und 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' von 8.
Das Ventil 2 ist in einer Mikrofluidpumpe angebracht, die
ein Kapillarrohr 1 aufweist, an welches eine Gasversorgungseinheit
und ein Fluidübertragungsrohr 3 angeschlossen
sind, zum Steuern des Einlassens und Auslassens von Fluid. Bei dieser Ausführungsform
weist das Ventil 2 ein Auslassrohr 21 auf, das
einen vorbestimmten Druckwiderstand hat, und so konstruiert ist,
dass ein Ende des Auslassrohrs 21 an das Kapillarrohr 21 angeschlossen ist,
so dass das Auslassrohr 21 mit dem Inneren des Kapillarrohrs 1 in
Verbindung steht, und ein Auslassteil 212 an dem anderen
Ende des Auslassrohrs 21 zum Empfang von Fluid 211 vorgesehen
ist. Daher dient das Ventil 2 gemäß dieser Ausführungsform
als Stabilisator, um zu ermöglichen,
dass Gas in dem Kapillarrohr 1 durch das Auslassteil 212 des
Auslassrohrs 21 in einer Luftblasenphase abgelassen wird, um
den Innendruck des Kapillarrohrs 1 zu stabilisieren, wenn
der Gasdruck in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand
des Auslassrohrs 21 überschreitet.
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10 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
des Gasdrucks in Abhängigkeit
von der Zeit in dem Kapillarrohr, an welches das Ventil, das als
Stabilisator dient, gemäß der vorliegenden
Erfindung angeschlossen ist. Nachstehend wird der Betriebsablauf des
Ventils gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben.
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Zuerst
wird, wenn der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 niedriger
ist als der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21, das
Fluid durchgehend herausgedrückt,
und nimmt infolge der ständigen
Luftzufuhr der Innendruck des Kapillarrohrs 1 allmählich im Verlauf
der Zeit zu. Wenn der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 allmählich ansteigt,
und daher der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 einen Punkt "A" erreicht, an welchem der Gasdruck Pa
in dem Kapillarrohr 1 höher
ist als der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21, wird
das Gas aus dem Kapillarrohr 1 durch das Auslassrohr 21 abgelassen.
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Wenn
das Gas aus dem Kapillarrohr 1 durch das Auslassrohr 21 abgelassen
wird, sinkt der Innendruck des Kapillarrohrs 1 ab, wie
im Abschnitt 3 angedeutet ist.
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Danach
wird eine vorbestimmte Menge an Gas aus dem Kapillarrohr 1 periodisch
zum Auslassrohr 21 geführt.
Das zum Auslassrohr 21 geführte Gas gelangt durch die
Flüssigkeit 211 in
einer Luftblasenphase, und wird dann nach außen abgelassen. Dies führt dazu,
dass der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 einen Gleichgewichtszustand
erreicht, wie im Abschnitt 4 angedeutet ist, wenn der Gasdruck
Pa in dem Kapillarrohr 1 gleichmäßig beibehalten wird.
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11 ist
eine Ansicht zur Erläuterung
der Konstruktion und des Betriebsablaufs einer Mikrofluidpumpe,
welche das Ventil gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufweist. Die Mikrofluidpumpe weist ein
Kapillarrohr 1 auf, durch welches Fluid fließt, ein Übertragungsrohr 3, das
an ein Ende des Kapillarrohrs 1 angeschlossen ist, wobei
in dem Übertragungsrohr 3 ein
Einlass-Rückschlagventil 31 und
ein Auslass-Rückschlagventil 32 angebracht
sind, und eine Gaszufuhreinheit 4 zum Zuführen von
Gas, um das Fluid in dem Kapillarrohr 1 zu bewegen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Mikrofluidpumpe weiterhin ein Ventil 2 auf,
das ein Auslassrohr 21 hat, das einen vorbestimmten Druckwiderstand
aufweist, und eine solche Konstruktion aufweist, dass ein Ende des Auslassrohrs 21 an
das Kapillarrohr 1 angeschlossen ist, so dass das Auslassrohr 21 in
Verbindung mit dem Inneren des Kapillarrohrs 1 steht, wobei
ein Auslassteil 212 an dem anderen Ende des Auslassrohrs 21 zum
Empfang von Fluid 211 vorgesehen ist, und so als Stabilisator
dient, um zu ermöglichen,
dass das Gas in dem Kapillarrohr 1 durch das Auslassteil 212 des
Auslassrohrs 21 in einer Luftblasenphase abgelassen wird,
um den Innendruck des Kapillarrohrs 1 zu stabilisieren,
wenn der Gasdruck in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand
des Auslassrohrs 21 überschreitet.
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Nachstehend
wird der Betriebsablauf der Mikrofluidpumpe im einzelnen beschrieben,
welche das Ventil, das als Stabilisator dient, gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist.
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Zuerst
wird, wenn keine Gaszufuhr von der Gaszufuhreinheit 4 vorhanden
ist, oder der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 niedriger
ist als der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21, und
der Fluiddruck Pc des Fluids, das in das Übertragungsrohr 3 eingelassen
wird, das Einlass-Rückschlagventil 31 geöffnet, so
dass Fluid in das Kapillarrohr 1 eingelassen wird.
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Wenn
andererseits Gas von der Gaszufuhreinheit 4 dem Kapillarrohr 1 mit
einem Druck zugeführt
wird, der niedriger ist als der Druckwiderstand Pb des Auslassrohrs 21, übersteigt
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 den Fluiddruck des
Fluids, das in das Übertragungsrohr 3 eingelassen
wurde, was dazu führt,
dass das Gas in dem Kapillarrohr 1 das Fluid in dem Kapillarrohr 1 herausdrückt. Zu
diesem Zeitpunkt wird das Einlass-Rückschlagventil 31 geschlossen,
und das Auslass-Rückschlagventil 32 geöffnet. Dies
führt dazu,
dass das Fluid durch das Auslass-Rückschlagventil 32 abgelassen
wird.
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Auf
diese Weise wird die Zufuhr von Fluid durchgehend durch die Zufuhr
von Gas in das Kapillarrohr 1 durchgeführt. Wenn mehr als eine vorbestimmte
Menge an Fluid zugeführt
wird, oder das Rückschlagventil
eine Störung
aufweist, wird in dem Übertragungsrohr 3 ein
zu hoher Widerstand hervorgerufen. Wenn das Gas durchgehend in diesem
Zustand zugeführt
wird, steigt auch der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 übermäßig an.
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Daher überschreitet
der Gasdruck Pa in dem Kapillarrohr 1 den Druckwiderstand
Pb des Auslassrohrs 21.
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Dies
führt dazu,
dass das Gas in dem Kapillarrohr 1 durch die Flüssigkeit
in dem Auslassrohr 21 hindurchgeht, und dann nach außerhalb
in einer Luftblasenphase abgelassen wird. Nachdem eine vorbestimmte
Menge an Gas nach außen
abgelassen wurde, stabilisiert sich der Innendruck des Kapillarrohrs 1 auf
eine Gleichgewichtsphase, infolge der Flüssigkeit in dem Auslassrohr 21.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, steuert das Ventil 2,
das als Stabilisator dient, gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zufuhr von Fluid, unter Verwendung nur des Gasdrucks
und des Widerstandswertes des Auslassrohrs 21, ohne die
Bereitstellung eines zusätzlichen
Eingriffsteils, wodurch ermöglicht
wird, dass Gas durch das Auslassrohr 21 abgegeben werden
kann, so dass Gas durch die Flüssigkeit
in dem Auslassrohr 21 hindurchgeht, in einer Luftblasenphase,
bis sich der Innendruck des Kapillarrohrs 1 stabilisiert
hat, wenn der auf das Fluid einwirkende Druck, also der Gasdruck
in dem Kapillarrohr 1, einen vorbestimmten Druckpegel überschreitet,
also den Druckwiderstand des Auslassrohrs 21, um so den
Innendruck des Kapillarrohrs 1 auf einem gleichmäßigen Wert
zu halten, also zu stabilisieren.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, dient das Ventil
gemäß der vorliegenden
Erfindung als ein Entlastungsventil, das ein Auslassrohr aufweist,
das einen vorbestimmten Druckwiderstand hat, an das Kapillarrohr
angeschlossen ist, und ermöglicht,
dass Fluid infolge des Gasdrucks zugeführt oder abgelassen wird, wenn
der Gasdruck in dem Kapillarrohr niedriger ist als der Druckwiderstand
des Auslassrohrs, und ermöglicht,
dass das Fluid vollständig
aus dem Kapillarrohr durch das Auslassrohr abgelassen werden kann,
wenn der Gasdruck in dem Kapillarrohr höher ist als der Druckwiderstand
des Auslassrohres. Weiterhin dient das Ventil gemäß der vorliegenden
Erfindung als Stabilisator, der ein Auslassrohr aufweist, das einen
vorbestimmten Druckwiderstand hat, und an das Kapillarrohr angeschlossen
ist, und ermöglicht,
dass Fluid infolge des Gasdrucks eingelassen oder abgelassen wird,
wenn der Gasdruck in dem Kapillarrohr niedriger ist als der Druckwiderstand
des Auslassrohrs, und ermöglicht,
dass das Fluid in einer Luftblasenphase abgelassen wird, bis sich
der Innendruck des Kapillarrohrs stabilisiert hat, wenn der Gasdruck
in dem Kapillarrohr höher
ist als der Druckwiderstand des Auslassrohrs. Daher hat die vorliegende
Erfindung die Auswirkung, die Zufuhr von Fluid nur unter Einsatz
des Gasdrucks zu steuern, ohne Bereitstellung eines zusätzlichen
Eingriffsteils, wodurch die Konstruktion des Ventils und der Mikrofluidpumpe vereinfacht
wird. Weiterhin hat die vorliegende Erfindung die Auswirkung, zu
verhindern, dass ein höherer
als ein vorbestimmter Druck an das Innere des Übertragungsrohrs angelegt wird,
wodurch schädliche
Faktoren ausgeschaltet werden, beispielsweise eine Beschädigung und
eine Störung.
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Zwar
wurden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Erläuterung beschrieben, jedoch
wissen Fachleute, dass verschiedene Abänderungen, Hinzufügungen und
Ersetzungen möglich
sind, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich
aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben, und
von den Patentansprüchen
umfasst sein sollen.