CN101296753B - 用于离心分离机的气体驱动的固体物质排出和泵送活塞 - Google Patents

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Abstract

一种离心分离机包括其锥形下端具有开口的圆柱形转筒，在供应运行模式期间供应液体通过所述开口注入。在供应模式期间，在转筒高速旋转时，固体物质从供应液体分离并且沿着转筒的内表面聚集。在固体物质聚集之后，转筒的旋转停止并且残留液体由于重力从转筒排出。在固体物质排出运行模式期间，活塞组件的活塞响应于流体(比如压缩气体或液压液体)沿着竖直轴线被向下推动。活塞的向下运动迫使聚集的固体物质经由转筒的锥形下端中的开口离开转筒。固体物质经过转筒并且进入通向出口的通道，在此处固体物质离开分离机。

Description

用于离心分离机的气体驱动的固体物质排出和泵送活塞
背景技术
已知很多不同类型的离心分离机用来基于比重将不均匀混合物分离为不同成分。通常，不均匀混合物，其也可称为供给材料或液体，注入离心分离机的转筒。转筒高速旋转并迫使混合物中具有高比重的成分通过沉淀与之分离。于是，致密固体物质被紧紧地压靠于转筒的内表面或壁上形成为饼并且从饼径向向内地形成澄清的液体。转筒能以足以产生比重力大20,000倍的力的速度旋转以使固体物质与离心滤液(centrate)分离。
在固体物质沿着转筒的壁聚集时，澄清的液体离开转筒并作为“离心滤液”离开分离机。一旦确定已经聚集了期望量的固体物质，就将分离机置于将固体物质从分离机中移除的排出模式。通常，例如通过与内部刮泥器配合以将固体物质从转筒的壁刮掉。
常规的分离机在排出具体种类的固体物质和液体时具有很多缺点。例如，一些分离机可能不能完全排出粘性的固体物质，这会导致很差的生产率。很差的生产率对于高质量的固体物质(比如在制药工艺中遇到的那些)而言是特别麻烦的。传统的分离机还在将供给材料加速至转筒的转速时使材料受到非常高的剪切力，这会损坏例如敏感的化学或生物物质，比如完整的细胞。
而且，其它分离机没有提供处理和回收敏感固体物质的方便装置。例如，通常需要操作者来辅助固体物质的排出和回收。需要这种操作者介入的分离机经常遇到污染问题。此外，一些分离机采用很多机械部件来便于固体物质回收，这会影响分离机的耐久性。这些部件通常在分离机的外面或者其形式为带来尺寸和兼容性问题的附加装备。而且，对于常规的分离机而言，在不显著增大维护成本的情况下进行清洁或者消毒是很困难的。
期望具有一种能有效地用于上述类型固体物质的离心分离机，也就是产生粘性聚集或对于离心期间所产生的剪切力敏感的那些。还有用的是具有一种能在没有外部污染可能性或额外机械装备的情况下易于回收这种固体物质的分离机。这种分离机也应当能方便地在原地清洁或消毒。
发明内容
根据本发明，公开了一种离心分离机，其能在粘性固体物质情况下较好地运行并且使供应材料具有低剪切加速度。分离机能特别用于敏感固体物质，比如化学或生物物质。本发明的一种分离机能在没有操作者介入或附加机械装备之下回收敏感固体物质、液体、材料或其组合。分离机还能便于在原地清洁或消毒。
分离机可包括圆柱形转筒，其具有带开口的锥形下端，供应材料或液体在供应运行模式期间能通过所述开口注入。在转筒高速自转或旋转时，注入的供应液体遇到转筒锥形下端的斜面。在液体继续其径向向外的运动时逐渐地施加旋转的加速力。固体物质于是从供应液体分离并且沿着转筒的内表面聚集，例如像饼一样。
另外，分离机可包括布置于转筒内的与其内表面保持紧密配合关系的活塞组件。活塞的特征在于上部和下锥形部，它们在分离机操作的不同模式期间被气压或液压接触。例如，在固体物质排出模式下，流体(比如压缩气体或液压液体)相对于活塞的上部作用，推动其轴向地向下以迫使聚集的固体物质从转筒经由其锥形下端中的开口离开。用于使活塞运动的压缩气体的示例性类型包括氮气和氩气。类似地，用于使活塞在转筒中运动的示例性液压液体可包括蒸馏水。在一个实施例中，转筒的下端和活塞的下部具有互补的形状以促进固体物质相对完全的排出。例如，转筒的下端和活塞的下部的特征能在于大致截头圆锥形的形状。
对于本发明的分离机，活塞能在供应运行模式期间由于来自供应液体的液压以及一个或多个活塞密封和转筒内表面或内壁之间的摩擦力而保持在其最上位置。这样的密封可围绕活塞布置并且邻近转筒的内表面。活塞包括离心滤液阀，其能在供应模式期间被推动打开以允许供应液体在固体物质已经从其中分离之后，作为澄清液体从转筒流出并且进入具有通向离心滤液出口的通道的离心滤液箱中。当活塞在固体物质排出期间由相对于活塞上部作用的流体向下推动时，离心滤液阀自动地闭合以防止聚集的固体物质进入离心滤液箱。
在活塞保持于其最上位置时，在执行固体物质从供应液体高速分离时，允许活塞与转筒一起旋转。在供应模式和固体物质分离期间，澄清液体离开转筒并且进入离心滤液箱。离心滤液箱还可包括隔离阀，其可以通过气压或液压推动打开或闭合。例如，隔离阀在供应模式下打开以允许澄清液体流过离心滤液出口和打开的离心滤液出口阀以作为离心滤液离开分离机。在供应模式结束时，供应液体的液压降低以使得活塞由一个或多个活塞密封和转筒内壁之间的摩擦力以及聚集在转筒内的任何固体物质基本上保持在其最上位置。在供应运行模式完成时，转筒停止旋转并且分离机中剩余或残留液体由于重力而流动穿过其锥形下端中的开口。
分离机的特征还在于换向组件，换向组件包括当残留物换向阀处于转筒的锥形下端中的开口处时可运动地定位于可旋转的残留物换向阀下方的固体物质换向阀。在残留液体从转筒排出时，残留物换向阀处于闭合位置以允许液体从转筒流动并且进入残留液体排放通道。液体排放通道导入排出口，在此处残留液体离开分离机。固体物质排出运行模式能例如在残留液体基本上从分离机转筒排出之后开始。
在固体物质排出模式期间，残留物换向阀致动器将残留物换向阀旋转至打开位置以使得固体物质换向阀能由固体物质换向活塞向上推动进入与转筒中的开口相通。离心滤液出口阀于是闭合并且用于换向组件的固体物质排出口阀打开。隔离阀还由作用于与隔离阀相关的环形元件的液体(比如压缩气体或液压液体)推动闭合，隔离阀控制它们的致动和运动。另外，如上所述，活塞在固体物质排出期间由相对于其上部作用的流体沿着竖直轴线向下推动。活塞随后将聚集的固体物质从转筒推动或“泵送”入导向至固体物质出口的固体物体通道，其特征在于固体物质出口阀打开。
在一个实施例中，一种用于离心分离机的固体物质排出组件的特征在于可运动地贴靠于转筒内表面的活塞。该活塞包括上部和下部。固体物质排出组件的特征还在于操作以将流体引入位于活塞的上部上方的转筒中的驱动口。当转筒中活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大时，活塞在转筒内运动。例如，在固体物质排出运行模式期间，将流体在活塞的上部上方引入转筒中能使活塞轴向向下地运动。优选地，活塞被相对于转筒轴向向下地推动。如上所述，在固体物质排出运行模式期间，将流体在活塞的上部上方引入转筒中能使得活塞推动沿着转筒内表面聚集的固体物质。
固体物质排出组件还可包括操作以将流体在活塞的下部下方引入转筒中的口。当转筒中活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大时，活塞在转筒内运动。例如，将流体在活塞的下部下方引入转筒中引起活塞朝着转筒的上端运动。在另一实施例中，离心分离机还可包括位于分离机上端区域中的阀，其可操作以使得转筒在活塞的上部上方受压。这种阀能响应于作用于与该阀可操作地相关的环形元件的流体压力而致动。
在另一个实施例中，本发明的分离机可包括下端具有开口的圆柱形转筒。在供应运行模式期间，该转筒操作来高速旋转以从供应液体分离固体物质。如上所述，固体物质沿着转筒的内表面聚集。分离机的特征还在于固体物质排出组件和限定排放通道的阀元件。排放通道操作以在第一阀元件处于闭合位置时允许液体从转筒中的开口排出。优选地，转筒中的开口和排放通道可构造来使得液体由于重力从转筒排出入通道。
第一阀元件还能限定在供应运行模式期间与转筒中的开口相配合或与之接近的供应通道。供应通道允许供应液体被注入转筒。第一阀元件还能可操作地结合至用于绕着旋转轴线旋转该元件的阀致动器。在一个实施例中，分离机还可包括第二阀元件，其在第一阀元件处于闭合位置时与第一阀元件的下表面相配合。而且，分离机的特征还在于阀活塞，第二阀元件邻近地布置在阀活塞的最上端处。阀活塞能操作以使第二阀元件相对于转筒运动。例如，在固体物质排出期间，阀活塞能使第二阀元件沿着竖直轴线向上运动以便与转筒中的开口相配合。类似地，在供应运行模式期间，第一阀元件处于闭合位置并且限定供应通道，供应通道如上所述能与转筒中的开口相配合以允许供应液体注入其中。
在一个实施例中，本发明的分离机可包括部分地布置于阀活塞内的第一通道。例如，第一通道能在阀活塞最上端处与第二阀元件相配合。分离机转筒中的开口和第一通道还能可构造来使得固体物质在固体物质排出期间从转筒穿过第一通道。第一通道还能与部分地布置于阀活塞中的第二通道相配合以使得通过第二通道的口引入的流体可进入第一通道以便接触其中的固体物质。优选地，通过第二通道的口引入的流体在第一通道的阀元件打开时进入第一通道以接触其中的固体物质。分离机的阀活塞的特征还在于围绕其布置的环形凸缘，以使得阀活塞响应于作用于环形凸缘的流体压力而运动。
在一个实施例中，分离机还包括部分地布置于阀活塞内的第一通道。第一通道能与第二阀元件(例如在阀活塞的最上端处)相配合以及与部分地布置于阀活塞内的第二通道相配合。优选地，在第一通道的阀元件闭合时，通过第二通道的口引入的流体在活塞的下部下方进入转筒。通过所述口引入的流体在转筒中活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大以便引起活塞朝着转筒的上端运动。
本发明还提供一种用于从离心分离机排出固体物质的方法。在一个实施例中，该方法包括提供上述分离机和/或固体物质排出组件以及通过驱动口引入流体以相对于转筒中活塞的下部下方的流体压力增大活塞的上部上方的流体压力以便引起活塞在转筒内运动。该方法还可包括沿着转筒的内表面排出聚集的固体物质。另外，该方法的特征在于将供应液体注入转筒中以便通过转筒的高速旋转分离固体物质。优选地，供应液体在通过驱动口引入流体之前注入转筒。本发明的方法还包括使活塞基本上返回至最上位置。能通过将流体引入转筒中活塞的下部下方以便相对于活塞的上部上方的流体压力增大活塞的下部下方的流体压力而使活塞基本上返回至最上位置。活塞优选地在排出沿着转筒内表面聚集的固体物质之后基本上返回至其最上位置。本发明还预期以任何特殊顺序或方式执行上述方法。
附图说明
本发明的其它特点和优点从下面结合附图对本发明进行的具体描述中变得很明显：
图1是根据本发明的离心分离机的剖面图；
图2是根据本发明的离心分离机的剖面图；
图3是图2所示的特征在于激光传感器组件的分离机的剖面图；
图4是图1中分离机的剖视图，示出了供给模式下的操作；
图5是包括图1中分离机的活塞和转筒的细节剖视图，示出了供给模式下的操作；
图6是图1的分离机的剖视图，示出了在从转筒排放残留液体时的操作；
图7是图1中分离机的剖视图，示出了固体物质排出模式下的操作；
图8是图1中离心机的剖面图，示出了当活塞基本上返回至其最高位置时在固体物质排出模式之后的操作；
图9是图1所示分离机的下端区域在固体物质通道被清洁时的细节剖视图；
图10是图1所示分离机的上部在供给模式下的细节剖视图；和
图11是图1所示分离机的上部在固体物质排出模式下的细节剖视图。
具体实施方式
图1示出了竖直剖面中的离心分离机，其中间部分移除以便也示出水平剖面。离心分离机包括安装于分离机壳体13中心区域11中的圆柱形分离机转筒10。优选地，分离机转筒的长度可大于其直径。通过使转筒的长度比其直径长，转筒中的“端部效应(end effects)”能相对于转筒的内部体积最小化。一般来说，端部效应能由沿着转筒内部任何倾斜部分(并且具体地接近其端部)的流体旋涡所引起。在一个实施例中，分离机转筒10可以是具有较小直径D以及长度L的圆柱型转筒以使得L/D的比是大约5/1或更大。这种L/D的比倾向于防止转筒内形成轴向波，因为这种波在行进过转筒的长度时会基本上消散。通过使用大约5/1或更大的L/D比，本发明的分离机还能避免转筒内需要挡板，挡板在常规分离机中用于最小化轴向波。
图1中的分离机还包括包含活塞12的活塞组件。如所示，活塞12可具有与转筒10的锥形下端17的形状相匹配的下锥形部。锥形下端17在用于分离机的供应模式操作期间用作供给液体的旋转加速器。分离机的特征还可在于在上部19中具有离心滤液箱30，其具有通过气压或水压推动打开或闭合的隔离阀26。
变速驱动马达16还能通过传动带5连接至定位于分离机壳体13上端的轴环状延伸部分22处的安装轴承和主轴组件23的驱动带轮18。本发明的分离机还能使用其它常规马达和驱动系统来操作。优选地，轴承和主轴元件23可包括半球形部分1和短圆柱形主轴部分20，不过根据本发明也能使用其它适合的组件构造。在一个实施例中，半球形部分包括上半球形部分和下半球形部分。可选地，半球形部分1能抵靠着一个或多个基座的啮合面。例如，图1示出了分别与半球形部分1的上半球形部分和下半球形部分压力接触的基座24和25。一个能用于本发明分离机的示例性半球形部分已经由美国申请序列号No.10/874,150中描述，其通过参考结合于此。
示例性的基座24和25可包括低摩擦部件，比如聚四氟乙烯(PTFE)或者特氟龙基(TEFLON，E.I.du Pont de Nemours and Company，1007Market Street，Wilmington，Delaware 19898)的材料，以使得它们允许半球形部分1在分离机中心竖直轴线41附近一定程度的偏移。基座24和25倾向于防止半球形部分1径向向外和轴向向上或向下的调整。而且，基座24和25能限制主轴部分20在操作期间绕着分离机的中心竖直轴线41高速旋转时的竖直和水平转动量。主轴部分20的转动还可由可选的由例如橡胶制成的防摆动环21来阻尼。通过防止这种径向或轴向调整和限制转动量，与转筒10的固有频率相关的振动能降低。基座24和25还可以是例如弓形座元件，其基本上防止了平移(比如组件23或其壳体的旋转平移)。通常，防止这种平移能有效地稳定半球形部分1。
在一个实施例中，基座24和25能形成为连续的环元件或离散的稳定元件或这些元件的任意组合。基座24和25还可以是可调节的以使得它们与半球形部分1的压力接触能根据例如分离机的特殊处理要求而变化。基座24和25的这种可调节能力能通过例如使用一个或多个与之相关的调节元件来简化。如上所述，本发明还预期使用可与半球形部分1的上半球形部分和/或下半球形部分压力接触的独立基座。
安装轴承和主轴组件23的旋转还能通过例如定位元件(比如防旋转销29)来防止。例如，图1示出了销29，其定位成延伸通过组件23中的放大开口。在一个实施例中，这种定位元件能与轴承和主轴组件23的安装区域相配合以基本上防止组件23或其壳体的平移，例如旋转平移。如所示，防旋转销29能在组件23上的开口内运动而不妨碍主轴部分20的转动。分离机所经受的旋转和转动的程度能涉及出现高速分离时的速度。驱动电机16还能可控制地操作以使分离机转筒10以期望的速度旋转以便供应液体的分离。
图1中还示出了离心滤液箱30、离心滤液出口32、离心滤液出口阀33和离心滤液阀34，所有这些在操作期间都涉及从转筒10移除澄清液体和从分离机移除离心滤液。如以下更具体地描述的，离心滤液箱30包括当在供应模式下供应液体进入转筒10时打开的隔离阀26。隔离阀26可包括环形元件9，优选地，其围绕隔离阀26布置。在供应模式期间，离心滤液出口阀33也保持打开。相反地，在从分离机泵送固体物质时，隔离阀26和离心滤液出口阀33都关闭。隔离阀在下面参照图10更具体地描述，图10示出了分离机在供应模式期间的上部19。离心滤液出口阀33能手动地或经由常规的自动阀控制组件来关闭。分离机还包括分离机壳体13的下端区域39。
图1还示出了例如具有固体物质换向阀90的分离机的一个实施例，该换向阀90可运动地位于分离机壳体13下端区域39中，处于可旋转的残留物换向阀92的下表面的下面。可选地，残留物换向阀92的下表面可具有部分地在固体物质换向阀90内延伸的特点。位于转筒10锥形下端17上的开口76处的残留物换向阀92示出为处于闭合位置，在供应模式期间保持闭合。在闭合时，阀92限定与供应液体口96相通的供应液体通道94，以及与残留液体排放口100相通的残留物排放通道98。残留物换向阀92还可布置成连通到阀接收元件120内，所述阀接收元件120可提供为与分离机壳体13的下端39成整体。阀92还能从其闭合位置绕着轴线6旋转以使得固体物质换向阀90能被向上推动为与通向转筒的开口76相通。
如图1所示，本发明的分离机还可包括固体物质通道104，其优选地轴向地布置于固体物质换向活塞102内，并且在最下端延伸到换向活塞102之外以结合固体物质出口106和固体物质出口阀107。在固体物质排出运行模式期间，通道104、活塞102、口1106和阀107每个都涉及到从离心分离机移除聚集的固体物质。在固体物质从分离机转筒10泵送时，固体物质出口阀107能打开以便例如允许固体物质从固体物质通道104穿过固体物质出口106以离开分离机。
固体物质出口阀107可手动地或经由常规的自动阀控制组件打开。固体物质排出模式通常泵送和回收敏感固体物质，比如举例来说完整的细胞，并且能例如将这些固体物质传送到另一个工序上或不需要进行进一步操作的存储容器上。固体物质在没有被操作者处理的情况下，它们不大可能被损坏或被污染。本发明的分离机，比如举例来说图1所示的分离机，其特征在于通道、阀、活塞、致动器、组件、口、元件等的任何构造或布置，如上所述，它们将适合于具体应用。
在固体物质换向活塞102内还可布置清洁通道108，优选地，清洁通道108平行于固体物质通道104并且可选地，在最低端延伸到活塞102之外以结合清洁口111。在最上端，清洁通道108可与固体物质通道104相通。清洁口111和通道108一起可有助于在固体物质排出模式之后回收残留在通道104中的任何固体物质以及清洁或消毒分离器。一旦固体物质排出模式完成，清洁口111和通道108还能操作以轴向向上地推动活塞12。
特别地，在固体物质从分离机泵送后，固体物质出口阀107能闭合以使得通过清洁口111和通道108引入的液体，例如压缩气体或液压液体，接触活塞12的下锥形部并且向上推动活塞直到其基本上返回到最上位置用于操作的下一个供应模式。用于移动活塞12的压缩气体的示例性类型包括氮气和氩气。类似地，能用于在转筒10内移动活塞12的示例性液压液体可包括蒸馏水。
在另一个实施例中，本发明的分离机的特征在于例如夹挤型或球型阀组件以便于固体物质的排出。常规的夹挤型阀组件对于在操作期间遇到膏状固体物质的分离机而言是优选的。一种示例性的球型阀组件可包括布置于分离机壳体的下端区域中的半球形排出阀。球型阀组件的排出阀还可包括用于将供应液体和残留液体从分离机转筒中排放的通道。例如，排出阀能分别在供应运行模式和固体物质排出模式期间在闭合和打开位置之间旋转。
在供应模式期间，分离机壳体能闭合，除了球型阀组件的供应和残留液体通道之外，它们可例如与转筒锥形下端中的开口相通。球型阀组件还可包括例如一个或多个用于活塞缩回以及清洁或消毒分离机的口。能在本发明中使用的示例性球型阀组件已经由美国专利No.6,776,752描述，其通过参考结合于此。
图2示出了本发明的分离机的一个实施例，其包括布置于分离机壳体13的下端区域39中的球型阀组件40。优选地，球型阀组件40如所示其特征在于排出阀42。例如，排出阀42能安装于面向内的凸缘43的下面。在一个实施例中，排出阀42能结合有与供应液体口45相通的液体通道44，以及与残留液体排放口47相通的残留液体排放通道46。在凸缘43的下表面上还可布置阀封48。
在供应模式期间，图2所述分离机的特征在于处于闭合位置的排出阀42，其中其外部上表面抵靠阀封48。阀封48能由流体(比如举例来说通过阀致动器49引入的压缩空气或液压液体)充胀。优选地，阀封48在供应模式期间都保持膨胀。图2示出了承载有固体物质的供应液体能通过供应液体口45引入。供应液体能从供应液体口45流入供应液体通道44。优选地，供应液体通道44和能轴向地布置于活塞缩回致动器52内的主通道50相通。主通道50的上端结合有喷射口154，用于在供应模式期间将供应液体注入转筒10的锥形下端17内的开口76中。
本发明分离机的供应运行模式参照图4在下面更具体地描述，图4示出了分离机的一个实施例，其特征在于活动地布置于分离机壳体13的下端区域39中并且处于可旋转残留物换向阀的下面的固体物质换向阀。参照图2，例如，供应模式的又一特征在于具有与分离机转筒10的锥形下端17相接触的活塞缩回致动器52。如所示，活塞缩回致动器52能响应于流体(比如举例来说压缩空气或液压液体)而轴向地上下运动。
在固体物质已经从供应液体分离后，在转筒中的残留液体通过开口76排放到如上所述还保持在闭合位置的排出阀42的成形表面上时，活塞仍然保持与分离机转筒10相接触。如图2所示，残留液体然后能由排出阀42的成形表面引导以便穿过残留液体排放通道46。残留液体穿过排放通道46并且最终通过残留液体排放口47离开分离机。
在一个实施例中，在流体口58处引入的流体压力作用在围绕活塞缩回致动器52布置的环形致动器凸缘57的下表面上以向上推动缩回致动器52。活塞缩回致动器52的轴向运动还可由通过致动器控制口54引入的流体来控制。例如，致动器控制口54能提供于分离器壳体13的下端区域39中以使得流体进入口54并且接触围绕活塞缩回致动器52布置的环形致动器凸缘57的上表面。
致动器控制口54和流体口58还能协调地作用以通过流体伴随地接触环形致动器凸缘57的上表面和下表面而致动和运动活塞缩回致动器52。例如，活塞缩回致动器52在作用于环形致动器凸缘57的上表面上的压力小于作用于其下表面的压力时能被向上推动。在供应模式期间，活塞缩回致动器52能被轴向向上地推动并且保持为与转筒10的开口76气密地相通。活塞缩回致动器52和转筒开口76的接口还能由布置于其间的例如PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont deNemours and Company，1007Market Street，Wilmington，Delaware19898)的弹性密封所密封。
优选地，活塞缩回致动器52还在活塞12基本上返回至其最高位置时(这通常在固体物质排出模式之后)与转筒10的开口76气密相通。如上所述，这种气密相通能经由通过流体口58引入的流体压力来获得，所述流体压力作用在围绕活塞缩回致动器52布置的环形致动器凸缘57的下表面上。尽管流体还可在致动器控制口54处进入分离机，但施加于凸缘57上表面上的压力将小于作用于其下表面上的压力以保持气密相通。优选地致动器控制口54不将流体引导至凸缘57的上表面以使得流体口58将完全控制活塞缩回致动器52的运动。
为了将活塞12基本上返回至其最上位置，在流体压力沿着竖直轴线41向上推动活塞缩回致动器52以便与转筒开口76相通之后，流体在经由供应液体口45进入分离器转筒10之后接触活塞12的下锥形部。在活塞基本上返回至其最上位置时，通过供应液体口45引入的流体能被中止。活塞12然后由邻近转筒10内壁的一个或多个活塞密封之间的摩擦力基本上保持在其最上位置。如图2所示，环形活塞密封59围绕活塞12布置并且与转筒10的内壁相接。密封59可包括部件，比如举例来说PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont de Nemours andCompany，1007 Market Street，Wilmington，Delaware 19898)的弹性材料。
在活塞12基本上返回至其最上位置之前，分离机通常在固体物质排出模式下操作，在该模式下固体物质从转筒10泵送。在图2中所示本发明的分离机中，固体物质排出模式的特征在于排出阀42绕着旋转轴线6旋转至打开位置以使得固体物质能在活塞12轴向向下地行进时离开分离机。分离机还能易于在原地清洁或消毒，优选地，在固体物质排出模式之后，并且排出阀42旋转至打开位置。
例如，为了在供应模式期间将排出阀42从闭合位置旋转至打开位置，在固体物质排出模式期间，阀封48能缩坍。阀封能通过例如中止在阀致动器49处引入流体而缩坍。优选地，可包括活塞缩回致动器52的排出阀42上部偏移部分绕着旋转轴线6旋转90°，离开由凸缘43的内缘所限定的开口。在一个实施例中，在将排出阀42旋转至用于固体物质排出模式的打开位置之前，活塞缩回致动器52从与转筒10的开口76气密相通中移除。致动器52能例如如上所述那样轴向向下地运动离开转筒10。
在活塞缩回致动器52从与转筒开口76气密相通中移除并且排出阀42旋转至打开位置时，固体物质能通过转筒10的锥形下端17从分离机泵送。优选地，固体物质在活塞12轴向向下地行进时从分离机转筒泵送。总之，固体物质排出模式开始于分离机的上部19，比如下面参照图7所示分离机更具体地描述的。如图2所示，活塞12的特征还在于刀刃62，其可帮助粘着在分离机转筒10的锥形下端17附近或开口76处的特别膏状的固体物质的分离。
图3是图2所示的特征在于激光传感器组件122的分离器的剖视图。例如，组件122能通过任何适当的装置安装于分离机壳体13的内部或外部。总的来说，可利用光学元件，比如举例来说调焦或反射元件，来方便组件122的任何适当的安装选择、构造或装置。如所示，激光传感器组件可布置于分离机的上部19的上方或该上部19处。优选地，组件122布置于分离机壳体13上端的轴环状延伸部分22的上方。激光传感器组件122能用于监测活塞12在分离机转筒20内的轴向运动。在一个实施例中，分离机可以是例如任何常规类型的激光发射器。
例如，图3所示激光传感器组件122能通过发射脉冲激光124来监测活塞12的轴向运动。本领域的普通技术人员将理解到，通过发射然后检测脉冲激光124，组件122能提供行进时间测量(time-to-travelmeasurement)，由此能确定活塞12在转筒10内的位置。在一个实施例中，与活塞12相关并且优选地与激光传感器组件122光学地对齐(比如经由转筒10的套筒60内的光学路径)的反射表面或元件能将激光反射回组件122。而且，这种行进时间测量还能给操作者提供关于活塞12已经行进的轴向距离的输入。图3中的激光传感器组件122能用于在活塞轴向地上下行进时监测转筒内的活塞12，活塞轴向地上下行进是由于例如在转筒10内移动活塞12的压力的作用。本发明还预期使用其它基于例如超声波、红外线或辐射能发射装置的这种常规组件或设备以监测活塞12的运动。
图4示出了本发明的分离机在供应模式期间操作的情况，其中转筒10和活塞12一起高速旋转。例如，承载有固体物质的供应液体被注入转筒并且在路径64中流动直到转筒锥形下端17的内表面。优选地，活塞12由来自澄清液体72的液压保持在其最上位置处以使得其压靠转筒的套筒60，维持离心滤液阀34处于打开位置。在一个实施例中，离心滤液阀34由从套筒60延伸并且进入活塞12的销67推动打开以沿着竖直轴线41向下推动阀34。离心滤液阀34能在例如弹簧66(其在以下更具体地描述)被向上推动时在固体物质排出模式期间闭合。
离心滤液阀34和活塞12例如还能包括一个或多个密封。优选地，一个或多个密封能与离心滤液阀一起使用以防止澄清液体在离开分离机转筒10之后再返回到其内部。这种密封还能被用来防止固体物质在排出模式下活塞12向下运动期间进入离心滤液箱30。而且，这种密封能允许分离机转筒10位于活塞12上方的一部分变得受压并且保持受压以使得活塞能在固体物质排出模式期间由流体压力有效地向下推动。与离心滤液阀34和活塞12相关的密封还可防止澄清液体在转筒10的内表面和活塞12之间流动。本发明还预期使用一个或多个与这里所述的通道、阀、活塞、致动器、组件、口、元件等中的任何一个或全部相关的密封。
离心滤液阀34和活塞12的示例性密封可包括比如举例来说PTFE或TEFLON基的(E.I.du Pont de Nemours and Company，1007 MarketStreet，Wilmington，Delaware 19898)弹性材料的部件。例如，这样的密封在下面参照图10所示的分离机更具体地描述。如图4所示，活塞12还能通过邻近转筒10内壁的活塞密封56之间的摩擦力基本上保持在其最上位置。优选地，这些密封56围绕活塞12布置并且与转筒10的内壁相接。在一个实施例中，密封56能由活塞12上的线性部分互相分开。密封56能例如防止活塞在其轴向运动期间失准并且提供来与转筒的内表面一致地相通以使得转筒可在活塞12的上面或下面有效地加压。在另一个实施例中，活塞12的特征在于多个围绕其布置并且与转筒10的内壁相接的密封。此外，可围绕活塞12布置单个密封59来代替多个密封56，如举例来说图2所示。
在一个实施例中，本发明分离机的转筒10的内部的特征在于耐刮擦型涂层。例如，这种涂层能沿着转筒10的一部分或整个内表面布置。用于分离机转筒内部的示例性涂层可包括硬铬、氮化硼(boron-nitride)、钛或其组合。优选地，耐刮擦型涂层能防止磨损转筒。这种磨损能导致供应液体切变(shearing)，这会阻止固体物质有效地分离和回收。转筒内的耐刮擦型涂层还能提供用于其内表面和围绕活塞12布置的一个或多个密封之间的一致相通。转筒内表面和围绕活塞12布置的一个或多个密封之间的一致相通能帮助比如如上所述转筒的有效受压以及聚集固体物质的有效回收。
在由转筒10的高速旋转所产生的分离力作用下，图4示出了被分离为聚集固体物质70和澄清液体72的供应液体。澄清液体72沿着路径64继续向上，通过离心滤液阀34并且在离心滤液排出孔74处离开转筒。在一个实施例中，离心滤液排出孔74可布置于或基本上布置于分离机转筒10的上端。优选地，排出孔74导入离心滤液箱30，离心滤液箱30特征在于隔离阀26，隔离阀26例如在供应运行模式期间打开。隔离阀26能利用作用于围绕阀26布置的环形元件9的流体(比如压缩空气或液压液体)保持打开。
例如，在供应模式下，流体能通过下部口4引入至环形元件9的下表面。然后澄清液体72能从离心滤液箱30进入离心滤液出口32(其特征在于离心滤液出口阀33)。优选地，离心滤液出口阀33在供应模式期间打开以允许澄清液体72作为离心滤液73离开分离机。
本发明的分离机还能用于如下应用中，即，需要保持离开分离机的离心滤液73的质量的情况。例如，作为离心滤液离开分离机的敏感有机聚合物可以是由给定分离得到的唯一期望的产品。实际上，本发明还期望离心滤液和固体物质都是期望产品的应用。在保持离开分离机的离心滤液的质量重要的应用中，本发明的分离机能用来降低由此所产生的澄清液体和离心滤液的总体切变。通常，这种切变能例如降低敏感离心滤液的质量。
在一个实施例中，除了旋转转筒之外或替代旋转转筒，本发明的分离机能使用例如分离和/或固体物质回收装置。分离装置的一个示例是常规的成对圆盘组件。本发明的分离机可包括成对圆盘组件以便例如降低所产生澄清液体和离心滤液的总体切变。例如，成对圆盘组件能用于本发明分离机的应用，其中期望保持离心滤液的质量。本领域的普通技术人员将理解到，成对圆盘组件能在期望离心滤液的总体切变最小化之下执行从供应液体大致连续地分离固体物质。
本发明的分离机还可包括一个或多个特征，比如举例来说紧固和安装装置，由此转筒10能从分离机壳体13分离。优选地，在转筒10分离时，能用分离和/或固体物质回收装置比如上述成对圆盘组件来替代活塞12及其相关组件。适于与替代的分离和/或固体物质回收装置一起使用的分离机转筒能随后经由一个或多个零件结合至本发明的分离机。本发明的分离机于是能用于特殊应用。对于给定固体物质分离应用改变本发明分离机的构造的能力允许将这种分离和/或固体物质回收装置用作由美国专利No.6,776,752所描述的轴向刮刀或活塞挤出组件，该专利通过参考结合于此。
如图4的分离机所示，在供应运行模式下，固体物质换向阀90能以气密的方式保持为向上抵靠残留物换向阀92的下表面。在一个实施例中，固体物质换向阀90的特征在于比如举例来说布置在其上的一个或多个密封。例如，这种密封可用于优选在活塞12的上部上方使分离机壳体13和转筒10受压，以提供用于活塞12的运动。这种密封可包括部件，比如举例来说PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont de Nemoursand Company，1007 Market street，Wilmington，Delaware 19898)的弹性材料。具有这种能使分离机壳体13和转筒10受压的密封，优选地，在活塞12的上部上方，隔离阀26能在例如固体物质排出模式期间保持打开。其中图4中分离机的隔离阀26在例如固体物质排出运行模式期间保持打开的构造对于具体应用可以是有利的。
优选地，图4中所示分离机的特征在于具有一个或多个密封的固体物质换向阀90。这种密封能提供分离机转筒10的有效受压，优选地，在例如隔离阀26在比如固体物质排出模式期间处于闭合位置时在活塞12的上部上方。例如，通过具有在固体物质排出运行模式期间闭合的隔离阀26，使活塞在转筒内运动的体积加压以及加压所需的时间能减少。本发明参照图2如上所述的分离机优选地特征在于隔离阀26，其在期望例如在活塞12的上部上方向分离机转筒10加压以轴向地运动活塞时(比如在固体物质排出运行模式期间)处于闭合位置。在隔离阀闭合时，壳体13和转筒10之间的体积不需要加压，并且壳体也不需要构造为能保持这样的加压。
包括部件，比如举例来说PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont deNemours and Company，1007 Market Street，Wilmington，Delaware19898)弹性材料，的密封还能例如布置于残留物换向阀92上或与之相关，以便优选地，密封所述阀92和固体物质换向阀90之间的接口。在一个实施例中，固体物质换向阀90能由固体物质换向活塞102(阀90布置在活塞102的最上端上并且与活塞102的固体物质通道104相通)向上推动。如图4所示，在致动器口112处引入的气体或液体压力作用于围绕固体物质换向活塞布置的环形凸缘110的下表面以向上推动活塞102。
固体物质换向活塞102响应于气体或液体压力轴向地上下运动。换向活塞102的轴向运动还可由通过控制口113引入的压缩气体或液压流体来控制。控制口113设置于分离机的下端区域39中以使得压缩气体或液压流体进入口113并且接触围绕固体物质换向活塞102布置的环形凸缘110的上表面。控制口113和致动器口112还能协调地作用以通过用压缩气体或液压流体伴随地接触环形凸缘110的上表面和下表面来致动和运动换向活塞。
图4中还示出了位于转筒10底部的开口76处处于闭合位置的残留物换向阀92。阀92限定与供应液体口96相通的供应液体通道94以使得供应液体能沿着路径64注入转筒10。供应液体通过一个缝隙注入转筒10以使得在转筒旋转时残留物换向阀92不需要接触转筒10，以防止阀92和转筒10的机械磨损。操作地结合至阀92的是残留物换向阀致动器114。可以是气压或液压气缸的致动器114使残留物换向阀92从其闭合位置绕着轴线6旋转。在供应液体供应通过供应液体通道94并且进入转筒10的底部时，固体物质换向活塞102的固体物质出口106的特征在于固体物质出口阀107处于闭合位置。
在一个实施例中，本发明的分离机能在澄清液体72沿着路径64向上、通过离心滤液阀34并且在离心滤液排出孔74处离开转筒10时降低澄清液体72的总体切变程度。例如，澄清液体72的总体切变程度能由澄清液体72比如图5所示的运动来降低。图5示出了本发明的分离机并且，特别地，通过设计离心滤液阀34能引起澄清液体沿着底流路径129的底流效应(underflow effect)。
图5中所示的底流路径通过例如转筒10和离心滤液阀34在供应模式期间的构造和/或布置浸入在澄清液体72的外部边界130的下面。优选地，通过具有浸入在外部边界130下面的底流路径130，气流、表面波，转筒10的任何不同心效应等总体上倾向于不干扰澄清液体的运动。例如，通过不干扰澄清液体的运动，可使用本发明的分离机而使其总体切变程度最小化。
如图5中所示，底流路径129还倾向于避免与沿着转筒10的内表面聚集的固体物质70相接触，从而避免由于这种接触能产生的澄清液体的任何切变。通常，在常规分离机中，澄清液体的流动沿着表面边界，比如举例来说位于聚集的固体物质处的边界或分离机转筒的内表面处的边界。特别地，常规分离机内的科里奥利(coriolis)加速效应倾向于引起澄清液体沿着位于转筒内部的表面边界流动，使液体暴露于转筒中的任何潜在剪切力。本发明分离机中的澄清液体72的底流路径129避免任何这种表面边界以限制总体切变的程度。
图6示出的分离机的残留物换向阀92闭合以允许将残留液体132排放到转筒10外面并且进入残留液体排放通道98。排放通道98通入残留液体排放口100，在该处残留液体132最终从分离机排放。在一个实施例中，残留液体132还能例如回到与分离机相关的供料容器。因此供料容器能给分离机提供残留液体，例如用于供应液体的进一步固体物质分离。液体132通常在供应模式完成并且已经执行高速旋转分离之后通过重力从分离机排放。供应液体口96也闭合或在充足的反压力之下以防止液体132通过供应液体通道94离开分离机。虽然转筒10和活塞12不再旋转，聚集的固体物质70仍然保持紧紧地压靠分离机转筒10的内表面。在固体物质排出运行模式期间，聚集的固体物质70能从转筒10回收。
在残留液体132从转筒10排放时，活塞12也主要由邻近转筒10内壁的活塞密封56之间的摩擦力基本上保持在其最上位置中。图6中，还示出了具有闭合的固体物质出口阀107和打开的离心滤液出口阀33的分离机。离心滤液箱30的隔离阀26还在其处于操作的整个供应模式时维持打开。还示出了固体物质换向活塞102以及围绕活塞102布置的环形凸缘110。环形凸缘110的下表面由流体，比如举例来说通过致动器口112引入的压缩气体或液压液体接触，以使得固体物质换向活塞102将固体物质换向阀90向上保持为与残留物换向阀92气密地一致。固体物质换向阀90和残留物换向阀92之间的一致允许残留液体132排放到转筒10外面并且进入残留液体排放通道98中，在该处液体离开分离机。
在残留液体132已经基本上从转筒10排放后，分离机准备在固体物质排出模式下泵送聚集的固体物质70。离心滤液出口阀33和隔离阀26在固体物质泵送之前闭合。如上所述，离心滤液出口阀33可手动地或经由自动阀控制组件闭合。隔离阀26通过中断由分离机的下部口4引入的流体而闭合。流体已经作用在围绕隔离阀26布置的环形元件9的下表面上以维持其打开。对于固体物质排出模式，如图7所示，流体，比如举例来说压缩气体或液压液体，替代地接触环形元件9的上表面以致动和闭合隔离阀26。流体在固体物质排出期间通过上部口61引入并且接触环形凸缘9以使隔离阀26压靠着布置在分离机上部19上的凸缘51。
图7示出了分离机在固体物质排出运行模式下的操作。图7纵向剖开以示出活塞12的两个分开位置。在左边，活塞通过其向下行程的一半，并且在右边，活塞处于其完成排出操作的行程的最下点，并且其下锥形部靠在转筒10锥形下端17的内表面。如所示，活塞由例如流体(比如相对于活塞12的上部作用的压缩气体或液压液体)沿着竖直轴线41被向下推动。还示出了在弹簧66的向上推动力之下处于闭合位置的离心滤液阀34。弹簧66通过聚集固体物质70和活塞12的下锥形部之间在其向下行进期间的相互作用来被向上推动。在活塞12向下行进时，聚集的固体物质70在转筒10的底部处从开口76压出。
活塞12的下锥形部和转筒10的锥形下端17的内表面被机械加工以便精密地配合来将聚集的固体物质70尽可能多地有效移除。活塞12沿着竖直轴线41的运动主要由通过分离机的上部19中的驱动口2引入的流体所引起。在离心滤液箱30以及转筒10的位于布置于其中的活塞12的上部上方的区段完全地密封并且加压时，在驱动口2处引入的流体压力最终接触活塞12的上部。离心滤液箱30和转筒10处于活塞12上部上方的区段在隔离阀26闭合时能密封并且加压。
此外，当隔离阀26利用通过上部口61引入的压缩气体或液压流体向下推压凸缘51时，隔离阀26闭合。压缩气体或液压流体最终接触环形元件9的上表面，其致动隔离阀26。用于离心滤液出口32的离心滤液出口阀33在固体物质排出模式期间也手动地或由自动阀控制组件闭合。隔离阀26在下面参照图11更具体地描述，其中示出了在固体物质排出模式期间分离机的上部19。
当活塞12被轴向向下推动时固体物质排出模式在分离机的上部19中开始。在分离机的下端区域39处，当残留物换向阀92利用残留物换向阀致动器114从其闭合位置旋转时开始泵送模式。阀致动器114响应于例如液体压力使残留物换向阀绕着轴线6旋转。在固体物质换向活塞90已经从接触残留物换向阀92沿着竖直轴线41降低之后，阀92优选地从其闭合位置中旋转90°。固体物质换向活塞90于是在流体(比如压缩空气或液压流体)通过致动器口112施加以作用于环形凸缘110的下表面上时沿着竖直轴线41被向上推动。固体物质换向活塞102的运动还可由通过能与致动器口112协调动作的控制口113引入的流体压力来控制。于是，在作用于环形凸缘110上表面的压力小于作用于其下表面的压力时，固体物质换向活塞102被向上推动。
如所示，固体物质换向活塞102被轴向地向上推动以使得固体物质换向阀90保持与分离机转筒10底部处的开口76气密性地相通。固体物质换向阀90和转筒开口76的接口还能由布置于其间的密封所密封，所述密封包括部件，比如PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont deNemours and Company，1007 Market Street，Wilmington，Delaware19898)的弹性材料，以使得从转筒10泵送的任何固体物质将不会通过接触周围环境而被污染。密封接口还防止聚集的固体物质70在回收期间损耗。
被推动通过转筒10底部中的开口76的聚集固体物质70进入固体物质通道104，固体物质通道104部分地布置于固体物质换向阀90下面的固体物质换向活塞102内。固体物质通道104延伸到活塞102的最下端之外，导入到固体物质出口106。如上所示，在排出之前，出口106的固体物质出口阀107打开以使得泵送的固体物质能穿过出口和阀106、107离开分离机。固体物质出口和阀106、107还能构造为使得泵送物质在不经过操作者进一步处理的情况下被传送到另一个处理或存储容器，这降低了污染的可能性或机会。
在活塞12到达其向下行程的最下点并且抵靠转筒10的锥形下端17的内表面时，固体物质排出完成。在聚集的固体物质70已经从转筒10排出后，活塞12利用作用于活塞12下锥形部的流体基本上返回至其最上位置，如图8中所示。在分离机的上部19中的驱动口2引入的、已经作用在活塞12的上部上的流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)在活塞能沿着轴线41向上推动之前中断。图8中还示出了在从清洁口111通过清洁通道108进入分离机之后接触活塞12下锥形部的流体。在固体物质出口阀107闭合时，在清洁口111处引入的流体最终穿过转筒开口76以向上推动活塞12。分离机转筒10还可在活塞12被向上运动时或在其已经基本上到达其最上位置之后在原地清洁或消毒。
在聚集的固体物质基本上从分离机泵送之后，固体物质出口阀107从打开位置转换至闭合位置。出口阀107在活塞12被向上推动时和接下来的整个供应循环期间保持闭合位置。图8还示出了，在活塞12的下锥形部被例如压缩气体或液压液体接触之前，用于离心滤液箱30的隔离阀26和隔离滤液出口阀33打开。流体也不再通过分离机上部19中的上部口61引入。而是，流体(比如举例来说压缩气体或液压流体)通过下部口4进入分离机以最终接触围绕隔离阀26布置的环形元件9的下表面以打开阀26。在活塞12的向上行程完成之后，活塞由邻近转筒10内壁的活塞密封56之间的摩擦力基本上保持在其最上位置。
固体物质换向活塞102在活塞12被向上推动时保持与转筒10底部处的开口176气密性地相通。气密相通利用通过致动器口112引入的流体压力获得，流体压力作用于围绕固体物质换向活塞102布置的环形凸缘110的下表面。虽然流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)还能在控制口113处进入分离机，但是施加于环形凸缘110上表面上的压力将小于作用于其下表面的压力以保持气密相通。还优选地，控制口113不将流体引入环形凸缘110的上表面以使得致动器口112能完全地控制固体物质换向活塞102的运动。
在活塞12基本上到达其最上位置时，固体物质换向阀90响应于固体物质换向活塞102的运动而沿着轴线41被向下拉动，以使得残留物换向阀92能绕着旋转轴线6旋转至其闭合位置。残留物换向阀92由残留物换向阀致动器114旋转闭合。固体物质换向活塞102能通过中断或降低事先施加于致动器口112的流体压力来降低。固体物质换向活塞102的运动还可由通过能与致动器口112协调作用的控制口113引入的流体压力控制。控制口113允许流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)接触环形凸缘110的上表面。于是，在作用于环形凸缘110上表面的压力大于作用于其下表面的压力时，固体物质换向活塞102被向下推动。
图9更详细地示出了分离机的下端区域39，其中残留物换向阀92返回至其闭合位置。虽然未示出，活塞已经基本上返回至其在转筒内的最上位置。如上所述，活塞能由邻近转筒内壁的活塞密封之间的摩擦力保持在最上位置。在图9中，固体物质换向阀90由固体物质换向活塞102保持为向上抵靠残留物换向阀92的下表面。如所示，在致动器口112处引入的流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)作用于围绕换向活塞102布置的环形凸缘110的下表面以将其沿着轴线41向上推动。虽然固体物质排出模式已经完成，固体物质能剩余在活塞102的固体物质通道104中。为了移除剩余固体物质，流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)在固体物质出口阀107打开时通过清洁通道108的清洁口111引入。
清洁通道108和口111延伸到固体物质换向活塞102的最下端之外，并且清洁通道部分地布置于活塞102内。清洁通道108还在其最上端与活塞102的固体物质通道104相通。这个相通允许在清洁口111处引入的流体穿过清洁通道108并且进入固体物质通道104。在固体物质出口阀107打开时，流体将通道104中的剩余固体物质朝着固体物质出口106推动。如上所述，在固体物质出口阀107闭合时，清洁通道108和口111操作来轴向向上地推动活塞12并且使其基本上返回至最上位置以便操作的接下来供应循环。
如所示，固体物质通道104与固体物质出口106相通以使得通道104中的任何剩余固体物质能通过穿过固体物质出口阀107而离开分离机。固体物质出口106可在比如举例来说操作者的没有进一步处理的情况下将回收的固体物质传送到另一个处理或存储容器。清洁通道108和口111还能用于清洁或消毒固体物质通道104以及固体物质出口106和阀107。这种原地清洁或原地消毒处理对于让离心分离机准备接下来的操作循环而言是方便的。这些处理还增大了固体物质回收生产率并且能降低污染的可能性或机会。
图10示出了更详细地示出了处于供应运行模式期间的分离机的上部19，其中隔离阀26处于打开位置。在供应模式下，如上所述，活塞12由来自供应液体的流体压力以及邻近转筒10内壁的活塞密封之间的摩擦力保持在其最上位置。如所示，隔离阀26能分别由沿着竖直轴线41的上下运动来推动打开或闭合。隔离阀26由例如作用于围绕阀26布置的环形元件9的下表面的压缩气体或液压液体向上推动。压缩气体或液压液体通过下部口4提供至环形元件9的下表面。
图10还示出了用于离心滤液阀34的可选密封140以及用于活塞12的密封145。优选地，密封145能防止澄清液体在活塞12和分离机转筒10的内表面之间流动。如上所述，密封140能用来防止固体物质在固体物质排出模式下活塞12向下运动期间进入离心滤液箱30。密封145能允许活塞12上方的转筒10变得受压并且保持受压以使得活塞能在固体物质排出模式期间由液压有效地向下推动。本发明还预期能用于本发明任何一个实施例中的另外密封。
图10中还示出了与凸缘51分开以使得活塞12和转筒10能在没有显著机械磨损情况下自由旋转的隔离阀26。在隔离阀处于打开位置时，允许离心滤液70通过穿过离心滤液排出开口74进入离心滤液箱30。离心滤液70在其穿过离心滤液出口32以及在供应模式下也保持在打开位置的离心滤液出口阀33之后最终离开分离机。离心滤液出口阀33可手动地或通过自动阀控制打开。
图11更详细地示出了在固体物质排出运行模式期间的分离机的上部19。如所示，隔离阀26由作用于围绕阀26布置的环形元件9的上表面的流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)向下推动。流体通过上部口61提供至环形元件9的上表面。在固体物质排出模式之前，引入至环形元件9下表面并保持隔离阀26打开的流体优选地中断。转筒10和活塞12也不再旋转以使得隔离阀26能抵靠在凸缘51上。
在隔离阀26与凸缘51相接触并且如上所述离心滤液出口阀33闭合时，离心滤液箱30和转筒10的布置于其中的活塞12的上部上方的区段能被加压。当流体(比如举例来说压缩气体或液压液体)在驱动口2处引导至分离机时，离心滤液箱30和转筒10位于活塞12上部上方的区段的加压出现。流体由于阀26和凸缘51之间的气密性一致而不会离开离心滤液箱30。由部件，比如举例来说PTFE或TEFLON基(E.I.du Pont de Nemours and Company，1007 Market Street，Wilmington，Delaware 19898)的弹性材料制成的密封还可布置于阀26上以密封其与凸缘51的接口。例如，在一个实施例中，比如与阀26相关的密封能防止澄清液体进入分离机壳体13。
由于离心滤液箱30和转筒10位于活塞12上方的区段受压，隔离阀26就相对于凸缘51保持闭合。离心滤液箱30和转筒10位于活塞12上方的区段受压最终在活塞12上方提供了比其下锥形部下面要大的压力。压力差引起活塞12在流体接触活塞的上部时沿着竖直轴线41被向下推动。活塞12的向下轴线运动，如上所述以及如图7所示，沿着转筒10的内壁推动任何聚集的固体物质穿过其锥形下端17中的开口76。
下面的表格用于更全面地表现和描述用于上述本发明各个实施例的操作模式。表I仅以举例的方式提供了图1所示分离机的隔离阀26、离心滤液阀34、离心滤液可出口阀33、固体物质出口阀107、固体物质换向阀90以及残留物换向阀92的位置或构造。表I还仅以举例的方式提供了图1所示分离机的每个阀在离心滤液从转筒排放、活塞在固体物质排出后基本上返回至最上位置以及在图1所示分离机原地清洁或消毒时的位置或构造。阀26、34、33、107、90、92每个都在图1所示的分离机中示出。表I并不是要以任何方式限制本公开的范围或本发明的任何具体实施例。
                                表I
操作模式 隔离阀   离心滤液阀   离心滤液出口阀   固体物质出口阀   固体物质换向阀   残留物换向阀
  供应   打开   打开   打开   闭合   -   闭合
  排出(discharge)   闭合   闭合   闭合   打开   向上   旋转
  排放(drain) 打开 打开 打开 闭合 - 闭合
  活塞   打开   -   打开   闭合   向上   旋转
  清洁   -   -   -   打开   -   闭合
虽然已经结合优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员在阅读前述说明之后，将能对这里所述的成分、物品、方法和装置实现各种变化、等同替换和其它改变。例如，流体压力在其它实施例中可由电机力取代而没有限制。类似地，活塞和转筒的下部和端部分别可以不是锥形的，尽管优选地为了固体物质回收，它们的形状是互补的。
而且，本发明还预期这里所述的各种通道、阀、活塞、致动器、组件、口、元件等可以是适于离心分离机操作的任何构造或布置。上述实施例每个还可包括或结合所有其它实施例的任何变化。例如，这里所述的激光传感器组件能与本发明的任何或所有实施例相结合地使用。因此专利证书所准予的保护范围应当仅由所附权利要求所包含的限定及其等同概念所限制。

Claims (38)

1.一种用于离心分离机的固体物质排出组件，包括：
活塞，其可运动地贴靠于分离机转筒的内表面，该活塞包括上部和下部；
驱动口，其操作以在活塞的上部上方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动；以及
位于分离机上端区域中的阀，其中该阀可操作以使得位于活塞的上部上方的转筒受压，
其中，所述阀响应于向与所述阀可操作地相关的环形元件施加的流体压力而致动。
2.根据权利要求1的用于离心分离机的固体物质排出组件，其中在固体物质排出运行模式期间，在活塞的上部上方将流体引入转筒中引起活塞推动沿着转筒内表面聚集的固体物质。
3.根据权利要求1的用于离心分离机的固体物质排出组件，其中转筒的下端和活塞的下部具有互补形状。
4.根据权利要求3的用于离心分离机的固体物质排出组件，其中活塞的下部和转筒的下端具有大致截头圆锥体形状。
5.根据权利要求1的用于离心分离机的固体物质排出组件，还包括：口，其操作以在活塞的下部下方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动。
6.根据权利要求5的用于离心分离机的固体物质排出组件，其中，将流体在活塞的下部下方引入转筒中引起活塞朝着转筒的上端运动。
7.一种离心分离机，包括：
用于分离机的圆柱形转筒，其下端具有开口，该转筒在供应运行模式期间被操作高速旋转以将固体物质从供应液体中分离，其中固体物质沿着转筒的内表面聚集；
固体物质排出组件，包括：
活塞，其可运动地贴靠于分离机转筒的内表面，该活塞包括上部和下部；以及
驱动口，其操作以在活塞的上部上方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动；以及
位于分离机上端区域中的阀，其中该阀可操作以使得位于活塞的上部上方的转筒受压，其中，所述阀响应于向与所述阀可操作地相关的环形元件施加的流体压力而致动；以及
第一阀元件，其中第一阀元件限定排放通道，该排放通道操作以在第一阀元件处于闭合位置时允许液体从转筒中的开口排放。
8.根据权利要求7的离心分离机，其中，在固体物质排出运行模式期间，将流体在活塞的上部上方引入转筒中使得活塞相对于转筒轴向向下地运动。
9.根据权利要求8的离心分离机，其中，在固体物质排出运行模式期间，活塞迫使沿着转筒的内表面聚集的固体物质通过转筒的开口。
10.根据权利要求7的离心分离机，其中，转筒中的开口以及排放通道可构造成使得液体能由于重力而从转筒排放入排放通道。
11.根据权利要求7的离心分离机，其中，第一阀元件限定供应通道，在供应运行模式期间该供应通道与转筒的开口相配合以允许供应液体注入转筒。
12.根据权利要求7的离心分离机，其中，第一阀元件可操作地结合至用来使第一阀元件绕着旋转轴线旋转的阀致动器。
13.根据权利要求7的离心分离机，其中，转筒的下端和活塞的下部的形状互补。
14.根据权利要求13的离心分离机，其中，活塞的下部和转筒的下端具有大致截头圆锥形形状。
15.根据权利要求7的离心分离机，还包括：口，其操作以在活塞的下部下方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动。
16.根据权利要求15的离心分离机，其中，将流体在活塞的下部下方引入转筒中引起活塞朝着转筒的上端运动。
17.一种离心分离机，包括：
用于分离机的圆柱形转筒，其下端具有开口，该转筒在供应运行模式期间被操作高速旋转以将固体物质从供应液体中分离，其中固体物质沿着转筒的内表面聚集；
固体物质排出组件，包括：
活塞，其可运动地贴靠于分离机转筒的内表面，该活塞包括上部和下部；以及
驱动口，其操作以在活塞的上部上方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动；
邻近转筒开口的第一阀元件，第一阀元件可操作地结合至用于使第一阀元件绕着旋转轴线旋转的阀致动器，
第二阀元件，在第一阀元件处于闭合位置时所述第二阀元件与第一阀元件的下表面相配合；以及
阀活塞，第二阀元件邻近地布置在所述阀活塞的最上端处，阀活塞操作以使第二阀元件相对于转筒运动。
18.根据权利要求17的离心分离机，其中，在固体物质排出运行模式期间，阀活塞使第二阀元件沿着竖直轴线向上运动以便和转筒中的开口相配合。
19.根据权利要求17的离心分离机，其中，在供应运行模式期间，第一阀元件处于闭合位置，限定与转筒中的开口相配合的供应通道以允许将供应液体注入转筒。
20.根据权利要求17的离心分离机，其中，第一阀元件限定排放通道，排放通道操作以允许在第一阀元件处于闭合位置时液体由于重力而从转筒中的开口排放。
21.根据权利要求17的离心分离机，其中，第一通道部分地布置于阀活塞内，第一通道在阀活塞的最上端处与第二阀元件相配合，从而转筒中的开口和第一通道可构造成使得在固体物质排出运行模式期间固体物质从转筒穿过第一通道。
22.根据权利要求21的离心分离机，其中，第一通道与部分地布置于阀活塞内的第二通道相配合，从而当第一通道的阀元件打开时，通过第二通道的口引入的流体进入第一通道以接触其中的固体物质。
23.根据权利要求17的离心分离机，其中，环形凸缘围绕阀活塞布置，从而阀活塞响应施加于环形凸缘的流体压力而运动。
24.根据权利要求17的离心分离机，其中，在固体物质排出运行模式期间，将流体在活塞的上部上方引入转筒中使得活塞相对于转筒轴向向下地运动。
25.根据权利要求24的离心分离机，其中，在固体物质排出运行模式期间，活塞迫使沿着转筒的内表面聚集的固体物质通过转筒的开口。
26.根据权利要求17的离心分离机，其中，转筒的下端和活塞的下部具有互补的形状。
27.根据权利要求26的离心分离机，其中，活塞的下部和转筒的下端具有大致截头圆锥形形状。
28.根据权利要求17的离心分离机，还包括：口，其操作以在活塞的下部下方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大引起活塞在转筒内朝着其上端运动。
29.根据权利要求17的离心分离机，还包括位于分离机上端区域中的阀，其中该阀可操作以使得位于活塞的上部上方的转筒受压。
30.根据权利要求29的离心分离机，其中，所述阀响应于向与所述阀可操作地相关的环形元件施加的流体压力而致动。
31.根据权利要求17的离心分离机，其中，第一通道部分地布置于阀活塞内，第一通道在阀活塞的最上端处与第二阀元件相配合，并且第二通道部分地布置于阀活塞内。
32.根据权利要求31的离心分离机，其中，在第一通道的阀元件闭合时，通过第二通道的口引入的流体在活塞的下部下方进入转筒，从而在转筒中位于活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大引起活塞在转筒内朝着其上端运动。
33.一种用于从离心分离机排出固体物质的方法，包括：
提供固体物质排出组件，该固体物质排出组件包括
活塞，其可运动地贴靠于分离机转筒的内表面，该活塞包括上部和下部；以及
驱动口，其操作以在活塞的上部上方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动；以及
位于分离机上端区域中的阀，其中该阀可操作以使得位于活塞的上部上方的转筒受压，其中，所述阀响应于向与所述阀可操作地相关的环形元件施加的流体压力而致动；以及
将流体通过驱动口引入以使转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大从而引起活塞在转筒内运动；以及
把沿着转筒内表面聚集的固体物质从转筒排出。
34.根据权利要求33的方法，还包括：将供应液体注入转筒中以便在通过驱动口引入流体之前通过转筒的高速旋转将固体物质从转筒中分离。
35.根据权利要求33的方法，还包括：在把沿着转筒内表面聚集的固体物质从转筒排出之后，通过在活塞的下部下方将流体引入转筒中以使转筒中活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大从而使活塞在转筒内运动，使活塞基本上返回至最上位置。
36.一种用于从离心分离机排出固体物质的方法，包括：
提供离心分离机，该离心分离机包括：
用于分离机的圆柱形转筒，其下端具有开口，该转筒在供应运行模式期间被操作高速旋转以将固体物质从供应液体中分离，其中固体物质沿着转筒的内表面聚集；
固体物质排出组件，其包括：可运动地贴靠于所述转筒的内表面的活塞，该活塞包括上部和下部；以及驱动口，其操作以在活塞的上部上方将流体引入转筒中，其中，在转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大引起活塞在转筒内运动；
邻近转筒开口的第一阀元件，第一阀元件可操作地结合至用于使第一阀元件绕着旋转轴线旋转的阀致动器；
第二阀元件，在第一阀元件处于闭合位置时所述第二阀元件与第一阀元件的下表面相配合；以及
阀活塞，第二阀元件邻近地布置在所述阀活塞的最上端处，阀活塞操作以使第二阀元件相对于转筒运动；
将流体通过驱动口引入以使转筒中位于活塞的上部上方的流体压力相对于活塞的下部下方的流体压力增大从而引起活塞在转筒内运动；以及
把沿着转筒内表面聚集的固体物质从转筒排出。
37.根据权利要求36的方法，还包括：将供应液体注入转筒中以便在通过驱动口引入流体之前通过转筒的高速旋转将固体物质从转筒中分离。
38.根据权利要求36的方法，还包括：在把沿着转筒内表面聚集的固体物质从转筒排出之后，通过在活塞的下部下方将流体引入转筒中以使转筒中活塞的下部下方的流体压力相对于活塞的上部上方的流体压力增大从而使活塞在转筒内运动，使活塞基本上返回至最上位置。
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