CN101934251A - 一种混合液体的差动离心分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合液体的差动离心分离系统，该系统包括如下结构：一个外转体，该外转体由其底部的驱动轴带动绕其自身轴线旋转；一个内转体，该内转体内设有腔隙，腔隙内设有软袋，该内转体可拆卸地置于外转体内，且内转体的轴线与外转体的轴线重合，内转体和外转体进行同轴差动离心旋转；一根软管，该软管的上端固定，软管的另一端可拆卸地连接到内转体上，且软管另一端端部的轴线与内转体的轴线重合，软管内的输液管路连接至所述的软袋上，软管的中部与外转体的侧壁可转动的固定并随外转体旋转。本发明的差动离心分离系统具有离心转动稳定性高，分离效率高和拆卸方便快捷的优点。

Description

一种混合液体的差动离心分离系统

技术领域

本发明涉及混合液体连续离心分离，如血液成分自动化分离，特别是涉及到一种对混合液体进行连续分离出单一成份液体的差动离心分离系统。

背景技术

    无论是科学研究还是医学临床实践或是工业生产，以及更多的场合，有将混合液体连续离心分离的需要，如将血液从全血分离成单一细胞成分。采血机构和科研机构通常使用离心法从多细胞成分混合液体中分离出各种单一成分，用于临床治疗、科学研究或制备原料等应用场合。最常见的是将全血通过离心分离系统分离出红细胞、粒细胞、单核细胞、血小板和血浆，或将解冻后的冷冻红细胞洗涤分离出红细胞和洗涤液。

离心分离系统的工作原理是：离心机、输液泵和控制器系统通过输液管路将多细胞成分混合液体引入分离盘软袋之内，同时使分离盘高速旋转，带动在旋转的分离盘软袋内的多细胞成分混合液体中的液体和细胞颗粒高速旋转，这些液体和细胞颗粒成分受到离心力场的作用，于是各种成分作离心沉降运动，并按各自密度或比重或沉降系数的大小分层，当达到离心沉降平衡时，从径向的圆周面至轴心由密度高到低富集排列形成同心圆状的各单一成分层。

在混合液体的连续离心分离系统中，物料和分离产物需要通过密闭的软管在离心状态下连续输入和输出，从分离盘引出的软管由于分离盘的高速转动而发生旋转和缠绕，软管的另一端在离心分离系统外固定，因此，软管一端旋转一端固定其中间需要有一个盘管结构来实现软管解旋解缠。由于这个盘管结构的存在，使得混合液体等物料如全血可以输入至旋转的分离盘内，并在离心状态下再从旋转的分离盘内抽出分离产物如血液单一成分的液体。

现有技术中涉及到应用于血液离心设备上的盘管结构的主要有专利号为US5360542的美国专利。在该专利中，盘管结构主要包括有底架，可旋转的顶部支架，顶部支架上悬吊分离盘，一根软轴自机箱处固定穿过顶部支架侧面的两个轴承后伸入到分离盘底部，其软轴的端部为一方形头，伸入到分离盘中心轴处的方形槽内。软轴为中空构造，其内套有数根输送软管，即软管和软轴一体化。基于上述的结构，动力使顶部支架旋转，带动软轴产生扭动力，并将此动力传输至分离盘使之产生同向转动，同时使与软轴同一轴向的软管实现解旋。分离盘和顶部支架之间属于固定关系，即在使用过程中分离盘始终位于顶部支架上，需要安装拆卸软轴时将分离盘通过销轴向侧面转动。在实际应用过程中，上述分离盘无法同顶部的支架分离，只能通过翻转将分离盘从支架内部分移出，这样因为整个设备较小，使用不便，容易出现装卸时夹持不牢的问题，进而造成使用时软袋脱落以及损害的情况。另外，由于分离盘套于顶部支架的中部，这样在绕其轴线旋转过程中容易出现偏离轴心的问题。

发明内容

 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种新型的对混合液体进行连续离心分离的差动离心分离系统。利用本发明的差动离心分离系统，在改进现有技术的基础上，针对软袋一次性使用的现状，设计出便于装卸的分离系统，并增加整体机器的运行稳定性，提高血液分离应用的效率。

本发明提供的技术方案如下：

一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，该系统包括如下结构：一个外转体，该外转体由其底部的驱动轴带动绕其自身轴线转动；一个内转体，所述的内转体和外转体同轴差动连接，且该内转体可从外转体拆卸，该内转体的底部固定有软管的一端并由该软管带动旋转，所述内转体内容纳有软袋；一个软管，该软管内设有输送液体的管路，软管的一端在外转体的顶部轴线上空固定，软管的另一端固定在内转体上，软管内的管路与软袋相连通，软管的中部通过一旋转定位机构与外转体可旋转地固定，并随该外转体绕其公转轴线转动；一个旋转定位机构，该旋转定位机构位于外转体的最大旋转半径处，所述软管穿过该旋转定位机构。

在本发明中，所述的外转体为刚性支架，该刚性支架的底部固定有驱动轴，该驱动轴连接动力系统，刚性支架的顶部旋转轴线处固定有连接内转体的快速拆卸装置。

在本发明中，该刚性支架或为矩形框架结构、或为椭圆形结构、或为圆环结构。

在本发明中，所述的内转体为离心分离盘，该离心分离盘内设有腔隙，腔隙内放置一次性使用的、容纳混合液体的软袋，所述的离心分离盘和刚性支架通过快速拆卸装置进行同轴差动离心旋转。

在本发明中，所述的离心分离盘在结构上包括内分离筒和外分离筒，所述的内分离筒可拆卸地固定于外分离筒中，内分离筒的外壁和外分离筒的内壁之间形成一个腔隙，该腔隙内放置有所述的软袋。

更进一步设计中，所述的腔隙为非正圆腔隙，以距离心分离盘转动轴线远近分为近轴线段和远轴线端，所述软袋的一端固定于腔隙内的近轴线端，另一端固定于腔隙内的远轴线端。

在本发明中，作为一种差动离心的连接方式，所述的离心分离盘和刚性支架之间通过一个分离盘快卸装置实现同轴差动连接，该分离盘快卸装置包括有位于刚性支架轴线上的分离盘套筒、位于离心分离盘顶部轴线上的锥度柄，所述的分离盘套筒通过一轴承固定在刚性支架上，所述的分离盘套筒和锥度柄通过一锁紧螺杆连接。

在本发明中，作为另一种差动离心的连接方式，所述的离心分离盘和刚性支架之间通过一个分离盘快卸装置同轴差动连接，在刚性支架顶部的轴线位置设有圆孔，该圆孔内同轴容纳有一个轴承，离心分离盘的顶部设有同轴的分离盘固定柱，分离盘固定柱的侧壁开有容纳钢珠的环形槽，在分离盘固定柱上套设有钢珠套，该钢珠套上的通孔内设有钢珠，钢珠部分嵌入环形槽内，所述钢珠套与轴承的内圈固定，钢珠套的外部套有滚花套，在滚花套的内部设有一环形凸起，该环形凸起抵于钢珠套内的钢珠上，在环形凸起下部的钢珠套和滚花套间有容纳所述钢珠突出的空隙，在环形凸起上部钢珠套和滚花套之间空隙内设置有弹簧，该弹簧的另一端抵于所述的环形凸起上，弹簧的上端抵住一上盖上，该上盖固定于钢珠套的另一端，上盖的底部设有对应分离盘固定柱顶部型槽的凸起。

在本发明中，所述的软管和刚性支架之间通过一个旋转定位机构连接，该旋转定位机构包括有一轴承，该轴承的内圆固定在软管外壁上，轴承的外圆固定在刚性支架上。该旋转定位机构位于外转体的最大旋转半径处，并能够保证软管自转不受限制同时可以限制软管的轴向运动。

基于上述技术方案，本发明的一种混合液体的差动离心分离系统较现有技术具有如下突出优点：

1.本发明中的刚性支架和离心分离盘之间是一种可拆卸的安装配合，在使用中可以随时拆装离心分离盘，方便快捷，避免了因为销轴存在而导致的分离盘旋转中心偏移对离心分离带来的不利影响。

2.由于需要在本发明的离心分离盘上安装软袋，将离心分离盘从刚性支架上拆卸下来是最好的选择，否则在直径不足50mm狭小的空间内很难将软袋牢靠地固定在离心分离盘上，同样也难以将软袋从离心分离盘上取下来。

3．由于软袋需安装在分离盘非正圆形腔隙中，这里的非正圆腔隙可以选用螺旋形腔隙，依靠非正圆的螺旋形腔隙外壁抵抗离心力对软袋的影响，本专利中将离心分离盘拆卸为内外两部分是最好的选择，否则软袋无法安装在螺旋形的腔隙中，同样也无法将软袋从离心分离盘上取下来。

4.由于软管的一端与离心分离盘另一端中心连接，一端固定在外转体的顶部轴线上空，因此软管在安装后会成G形。在工作时，软管在离心力作用下变形为C形，由于软管形状的改变会影响到离心分离盘的动力的传递，最终会导致软管拧断，在刚性支架最大旋转半径处有旋转定位机构，从而限制了软管在混合液体分离时的变形。

附图说明

图1是本发明混合液体的差动离心分离系统整体结构示意图。

图2是本发明混合液体的差动离心分离系统中的一种分离盘快卸结构的示意图。

图3是本发明混合液体的差动离心分离系统中的另一种分离盘快卸结构的示意图。

图4是本发明混合液体的差动离心分离系统中旋转定位机构的结构示意图。

其中，

1— 刚性支架   2— 离心分离盘   3— 软管    4— 分离盘快卸结构    

5— 旋转定位机构   6— 驱动轴   7— 软管固定端    8— 轴承

9—分离盘套筒    10— 锁紧螺杆    11— 轴承    12— 钢珠套    13— 钢珠    14— 弹簧   15— 上盖    16— 滚花套    17— 轴承  

18—轴承支撑座 。   

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的混合液体的差动离心分离系统做进一步的详细阐述，但不能以此来限制本发明的保护范围。

针对于现有技术来说，本发明从另一个角度来实现混合液体的离心分离。首先，构筑了一个新的分离盘结构和软袋结构，其具体形式由在先申请的专利中揭示了出来。申请日为2007年10月12日，申请号为200710046991.7的发明专利，“多细胞成分混合液体分离系统上的分离盘及应用方法”，该专利中指出：多细胞成分混合液体分离系统上的分离盘，包括耐用的硬底盘和一次性使用的软袋，硬底盘上是由内芯和底座组成的圆形盘，在内芯和底座之间形成一段绕该硬底盘圆心轴一周的且首部和尾部不封闭的连续腔隙，腔隙的外侧壁与硬底盘的外侧壁之间透明，软袋为设有进、出液管的单腔结构，该软袋可置入至所述的腔隙中。上述的结构基于的原理是混合液体在软袋内分段分布后，然后在从该聚集段内提出相应的液体。

在本发明的差动离心分离系统中，作为外转体的刚性支架在动力系统带动下以ω的速度旋转、而作为内转体的离心分离盘则需要以2ω的速度旋转才能达到血液等混合液体离心分离所需的离心力。为了达到离心分离盘2ω的转速，本发明设计了由软管带动离心分离盘旋转的结构形式。上述结构的工作原理是：软管的一端固定于刚性支架上方的旋转轴线上，且该端的软管不能自转转动，另一端与离心分离盘的底部同轴固定，而软管弯折后的中部可自转旋转地固定在刚性支架上。这个时候若刚性支架以ω的速度转动，则会带动软管中部随刚性支架公转，由于软管的一端固定，为了解旋另一端可带动离心分离盘以2ω的转速转动，实现离心分离盘的高速离心旋转以满足血液等混合液体离心分离的转速要求。

在对血液离心分离采集血浆的过程中，需要离心分离盘和刚性支架之间实现快速地拆装，离心分离盘上的内分离筒和外分离筒之间也可以进行快速拆装以便于将软袋安装到离心分离盘上或者自离心分离盘上拆下，另外一点就是软管和内分离筒之间如果也实现了快速拆卸更能够是本发明的系统在实践应用中达到最佳的使用状态。另外，由于软管与刚性支架之间特殊的关系，一方面要求通过刚性支架带动软管公转，另外由于软管和离心力和自转会带来其位置的偏移，所以要有安全可靠的旋转定位机构设计。

对于本发明的混合液体的差动离心分离系统的整体结构见图1，图1是本发明混合液体的差动离心分离系统整体结构示意图。由图可知，本发明的混合液体的差动离心分离系统包括如下结构：

一个刚性支架1，刚性支架作为外转体的具体实现形式，该刚性支架由其底部的驱动轴6带动绕其自身轴线旋转；该刚性支架1可以做成为矩形框架，或者作成为圆形框架，或者做成为一个拱形的框架，要求其中间留有容纳离心分离盘的内腔，且该离心分离盘可以从刚性支架1一侧空隙中的取出或者装入。

一个离心分离盘2，离心分离盘作为内转体的具体实现形式，该离心分离盘2内设有腔隙，腔隙内设有一次性使用的、容纳混合液体的软袋，该离心分离盘2可拆卸地置于刚性支架1内，且离心分离盘2的轴线与刚性支架1的轴线重合，离心分离盘2和刚性支架1进行同轴差动离心旋转，离心分离盘在结构上包括内分离筒和外分离筒，所述的内分离筒可拆卸地固定于外分离筒中，内分离筒的外壁和外分离筒的内壁之间形成一个腔隙，该腔隙内放置有所述的软袋，上述的腔隙为非正圆的不闭合腔隙，以距离心分离盘转动轴线远近分为近轴线段和远轴线端，所述软袋的一端固定于腔隙内的近轴线端，另一端固定于腔隙内的远轴线端。上述离心分离盘2的结构原理图可以由专利200710046991.7看出。

一根软管5，该软管5的一端由软管固定端7固定，该软管固定端7固定在刚性支架1上方，该固定点位于刚性支架1的自转轴线上，软管5的另一端弯折后可拆卸地连接到离心分离盘2的底端，且软管5另一端端部的轴线与离心分离盘2的轴线重合，该软管5内设有输液管路，该软管5连接至所述的软袋上，软管5内的输液管路与软袋的内腔连通，软管5的中部与刚性支架1的侧壁可转动的固定并随刚性支架1旋转，即要求软管5中部的最大旋转半径点与刚性支架1的最大旋转半径点重合并且在该点将二者固定，固定但不能限制软管5的自转。

上述的离心分离盘2和刚性支架1之间通过一个分离盘快卸装置4实现差动连接，以便使得离心分离盘2和刚性支架1之间便于进行拆装连接。该分离盘快卸装置4位于离心分离盘2的轴心线以及刚性支架1的旋转轴心线处，则离心分离盘2可以从刚性支架1内脱离。当需要安装时，从刚性支架1的侧面送至刚性支架内部，然后向上固定于刚性支架顶部。当然，也不能排除从侧面直接固定于刚性支架内部。

上述的分离盘快卸装置4需要达到的目标是：一方面，要求可以实现离心分离盘2和刚性支架1的差动连接，便于实现差动离心分离，即刚性支架以ω的速度转动，离心分离盘以2ω的转速转动，分离盘快卸装置不能影响二者间的转速差；另一方面，当离心分离盘固定在刚性支架时要牢固可靠，不能在旋转时相脱离而出现事故，当需要将离心分离盘拆卸下来时，又要便于拆卸。

为了达到上述差动分离以及快速拆卸的目的，本发明设计出了多种结构形式的分离盘快卸装置4，其中的一种的结构为锥度连接，另一种为凹凸卡槽连接。

上述锥度连接的设计如图2所示，其主要结构包括：离心分离盘2、分离盘套筒9和锁紧螺杆10。其具体结构为刚性支架1通过轴承8与分离盘套筒9连接，分离盘套筒9利用锥度配合固定于离心分离盘2上，锁紧螺杆10能将离心分离盘2与分离盘套筒9紧密的连接起来。

安装时将同轴固定于离心分离盘2顶部的锥度柄插入到分离盘套筒9的锥孔内，转动锁紧螺杆10使其与分离盘顶部的锥度柄上的螺孔啮合，继续转动锁紧螺杆10使离心分离盘2顶部在锥度柄与分离盘套筒的锥孔完全配合。由于锥度很小，利用摩擦力的原理，可以传递一定大小的扭矩。锁紧螺杆10螺纹方向与离心分离盘2旋转方向一致，在运行过程中不会因螺杆松动而导致分离盘脱落。拆卸时反向转动锁紧螺杆，利用螺纹的推力将分离盘顶部锥度柄从分离盘套筒中挤出，使锥度配合松开，继续反向转动锁紧螺杆直至分离盘完全取出。 通过上述结构设计实现离心分离盘和刚性支架之间的差动离心连接。

上述的凹凸卡槽的连接方式如图3所示，其主要结构如下：

在刚性支架1上部横梁上设置有圆孔，该圆孔的轴线与刚性支架1的旋转轴线重合，其主要结构包括轴承11、分离盘固定柱、钢珠套12、钢珠13、上盖15和滚花套16：离心分离盘2上的分离盘固定柱侧视呈倒T型，其上部为圆柱，下部为圆盘，该圆盘与倒置的分离盘的底部同轴固定，圆柱的另一端设置有型槽，圆柱上开有容纳钢珠13的环形槽；所述的钢珠套12为可容纳分离盘固定柱的上部圆柱穿入的圆形套筒，该圆形套筒的侧壁上设有多个通孔，每个通孔内容纳有一个钢珠13，钢珠套12的外壁上固定有所述的轴承11的内圈，轴承11的外圈固定于刚性支架1的圆孔内；所述滚花套16的内部设有一环形凸起，该环形凸起抵于钢珠套12内的钢珠13上，在环形凸起下部的钢珠套12和滚花套16间有容纳所述钢珠13突出的空隙，在环形凸起上部钢珠套12和滚花套16之间空隙内设置有弹簧14，该弹簧14的另一端抵于所述的环形凸起上，弹簧14的上端抵住所述的上盖15，该上盖15固定于钢珠套12的另一端，上盖15的底部设有对于所述分离盘固定柱上型槽的凸起。

通过上述结构形式的分离盘快卸装置4可以将离心分离盘与刚性支架固定实现差动离心连接，既能够连接起来一起转动工作，又能够保证二者存在转速差。

以下描述应用于该差动离心分离系统上的旋转定位机构5，差动离心分离系统上设有刚性支架1和软管3，该软管3上设有轴承17，所述的刚性支架1上设有轴承支撑座18，该轴承支撑座18为一端设有开口围护结构，该围护结构的内部轮廓略小于所述的轴承外部轮廓。上述轴承支撑座的轮廓为U形结构或为C形结构，其内部轮廓为容纳所述轴承的卡槽。上述卡槽的一侧设有固定轴承的台阶。

当然，塑料软管上的轴承还可以是一个环形凸起，该环形凸起采用润滑材料制成，同时在旋转定位机构上设置一个类似于轴承支撑座的支撑座，其卡槽内部也涂有一层低摩擦系数的润滑材料，或者整个由润滑材料制成。

毫无疑问，本发明的混合液体的差动离心分离系统除了上述实施例中列举的结构外还有其他的结构类型构造和结构替换。总而言之，本发明的保护范围还包括其他对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。

Claims (9)

1.一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，该系统包括如下结构：

一个外转体，该外转体由其底部的驱动轴带动绕其自身轴线转动；

一个内转体，所述的内转体和外转体同轴差动连接，且该内转体可从外转体拆卸，该内转体的底部固定有软管的一端并由该软管带动旋转，所述内转体内容纳有软袋；

一个软管，该软管内设有输送液体的管路，软管的一端在外转体的顶部轴线上空固定，软管的另一端固定在内转体上，软管内的管路与软袋相连通，软管的中部通过一旋转定位机构与外转体可旋转地固定，并随该外转体绕其公转轴线转动；

一个旋转定位机构，该旋转定位机构位于外转体的最大旋转半径处，所述软管穿过该旋转定位机构。

2.根据权利要求1所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的外转体为刚性支架，该刚性支架的底部固定有驱动轴，该驱动轴连接动力系统，刚性支架的顶部旋转轴线处固定有连接内转体的快速拆卸装置。

3.根据权利要求2所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，该刚性支架或为矩形框架结构、或为椭圆形结构、或为圆环结构。

4.根据权利要求2所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的内转体为离心分离盘，该离心分离盘内设有腔隙，腔隙内放置一次性使用的、容纳混合液体的软袋，所述的离心分离盘和刚性支架通过快速拆卸装置进行同轴差动离心旋转。

5.根据权利要求4所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的离心分离盘在结构上包括内分离筒和外分离筒，所述的内分离筒可拆卸地固定于外分离筒中，内分离筒的外壁和外分离筒的内壁之间形成一个腔隙，该腔隙内放置有所述的软袋。

6.根据权利要求5所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的腔隙为非正圆腔隙，以距离心分离盘转动轴线远近分为近轴线段和远轴线端，所述软袋的一端固定于腔隙内的近轴线端，另一端固定于腔隙内的远轴线端。

7.根据权利要求5所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的离心分离盘和刚性支架之间通过一个分离盘快卸装置实现同轴差动连接，该分离盘快卸装置包括有位于刚性支架轴线上的分离盘套筒、位于离心分离盘顶部轴线上的锥度柄，所述的分离盘套筒通过一轴承固定在刚性支架上，所述的分离盘套筒和锥度柄通过一锁紧螺杆连接。

8.根据权利要求5所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的离心分离盘和刚性支架之间通过一个分离盘快卸装置同轴差动连接，在刚性支架顶部的轴线位置设有圆孔，该圆孔内同轴容纳有一个轴承，离心分离盘的顶部设有同轴的分离盘固定柱，分离盘固定柱的侧壁开有容纳钢珠的环形槽，在分离盘固定柱上套设有钢珠套，该钢珠套上的通孔内设有钢珠，钢珠部分嵌入环形槽内，所述钢珠套与轴承的内圈固定，钢珠套的外部套有滚花套，在滚花套的内部设有一环形凸起，该环形凸起抵于钢珠套内的钢珠上，在环形凸起下部的钢珠套和滚花套间有容纳所述钢珠突出的空隙，在环形凸起上部钢珠套和滚花套之间空隙内设置有弹簧，该弹簧的另一端抵于所述的环形凸起上，弹簧的上端抵住一上盖上，该上盖固定于钢珠套的另一端，上盖的底部设有对应分离盘固定柱顶部型槽的凸起。

9.根据权利要求4所述的一种混合液体的差动离心分离系统，其特征在于，所述的软管和刚性支架之间通过一个旋转定位机构连接，该旋转定位机构包括有一轴承，该轴承的内圆固定在软管外壁上，轴承的外圆固定在刚性支架上。

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