DE3873722T2

DE3873722T2 - Trennschleuder.

Info

Publication number: DE3873722T2
Application number: DE8888906156T
Authority: DE
Inventors: Carl Yhland
Original assignee: Centritech AB
Current assignee: Centritech AB
Priority date: 1987-07-06
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2008-06-11
Also published as: US5160310A; WO1989000084A1; JPH0575462B2; SE458342B; EP0323503A1; SE8702781D0; DE3873722D1; SE8702781L; JPH01503692A; EP0323503B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zentrifugalseparatoren und insbesondere einen Zentrifugalseparator mit einem Rotor mit einer Trennkammer, einem Einlaß in die Trennkammer für eine Mischung von zu trennenden Komponenten sowie Auslässen aus der Trennkammer für die während der Drehung des Rotors getrennte leichte und schwere Komponente der Mischung.
Es ist verhältnismäßig einfach, mittels der Zentrifugalkraft zwei niedrigviskose Komponenten eines Gemischs kontinuierlich zu trennen und aus dem Zentrifugenrotor auszugeben. Für diese Trennung stehen Zentrifugalseparatoren unterschiedlicher Art zur Verfügung auch für den Fall, daß die Komponenten empfindlich sind und schonend behandelt werden müssen. Bspw. gibt es Zentrifugalseparatoren mit einem Rotor mit hermetisch geschlossenen Ein- und Auslässen. Eine besondere Technik ermöglicht es sogar, auch ohne die Verwendung sogenannter Drehdichtungen Flüssigkeiten einem drehenden Zentrifugenrotor zu- und von ihm abzuführen. Hierzu sei bspw. auf die US-A-3 358 972, die US-A- 3 586 413, die US-A-4 108 353 sowie die SE 7708858-1 (SE- B-408859) verwiesen.
Es ist weitaus schwieriger, zwei Komponenten einer Mischung zu trennen und aus einem Zentrifugrenrotor abzuführen, wenn eine von ihnen verhältnismäßig zähflüssig ist. In diesen Fällen hat man oft ein Trennverfahren verwendet, bei dem die abgetrennte, weniger viskose Komponente aus dem Zentrifugenrotor kontinuierlich ausgegeben wird, während die abgetrennte höherviskose Komponente in ihm angesammelt wird. Es gibt in der Tat Zentrifugenrotoren, die für eine intermittierende Ausgabe der angesammelten viskosen Komponente während des Betriebs durch Umfangsauslässe der Trennkammer eingerichtet sind; Zentrifugenrotor dieser Art sind jedoch nicht praktikabel, wenn die fragliche Komponente empfindlich ist und schonend behandelt werden muß.
Die US-A-3244363 schlägt einen Zentrifugalseparator vor, mit dem das Plasma von Blut getrennt werden soll. Ein Volumen der aufzutrennenden Mischung wird einer Trennkammer mit einem mittig angeordneten Abteil zugeführt, aus dem die abgetrennte leichte Flüssigkeit während des Trennvorgangs kontinuierlich ausgegegeben werden kann; die abgetrennte schwere Komponente sammelt sich in einem Außenabteil, das um das mittige Abteil herumverläuft und normalerweise mit ihm in Strömungsverbindung steht. Nach dem Trennen des gesamten Gemischvolumens wird bei noch drehendem Rotor das Volumen des Außenabteils verringert, so daß es vollständig mit den abgetrennten schweren Komponenten gefüllt ist, und wird das Unterteil des Außenabteils so bewegt, daß das Außen- vom mittigen Abteil isoliert und die abgetrennten schweren Komponenten im Außenabteil eingeschlossen werden, aus dem man sie in einem Beutel, der die Trennkammer auskleidet, entfernt. Die Drehung des Rotors muß also unterbrochen werden, um die schweren Komponenten aus dem Rotor zu entfernen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen für das Trennen von zwei Komponenten einer Mischung geeigneten Zentrifugalseparator zu schaffen derart, daß abgetrennte leichte Komponente stetig aus dem Rotor ausgegeben wird, während abgetrennte schwere Komponente, die verhältnismäßig zähflüssig und empfindlich ist, aus dem Rotor intermittierend und schonend ausgegeben wird.
Die Erfindung schafft einen Zentrifugalseparator mit einem Rotor, der um eine Rotorachse drehbar ist und eine Trennkammer ausbildet, mit Mitteln, die einen Einlaß in die Trennkammer für eine Flüssigkeitsmischung von aufzutrennenden Komponenten ausbilden, mit Mitteln, die einen ersten Auslaß aus der Trennkammer auf einem ersten Abstand von der Rotorachse zum Austragen einer abgetrennten leichten Komponente ausbilden, mit Mitteln, die einen zweiten Auslaß aus der Trennkammer auf einem zweiten Abstand von der Rotorachse, der größer ist als der erste Abstand, zum Austragen einer abgetrennten schweren Komponente ausbilden, mit Mitteln zum Zuführen einer Mischung an den Einlaß, mit einem Abtrennmittel, das von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschieblich ist, um die Trennkammer in zwei Abteile zu unterteilen, die sich nebeneinander in Umfangsrichtung des Rotors erstrecken, wobei das eine dieser Abteile auf einem größeren Abstand von der Rotorachse als das andere angeordnet und mit dem zweiten Auslaß verbunden ist, und mit einer Vorrichtung, die während der Rotation des Rotors betätigbar ist, um das Abtrennmittel aus der ersten Position, in der die Abteile miteinander entlang ihrer gemeinsamen Erstreckung in der Umfangsrichtung des Rotors kommunizieren, in die zweite Position zu verschieben. Dieser Zentrifugalseparator ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile voneinander entlang wenigstens des Hauptteils ihrer gemeinsamen Erstrekkung getrennt sind, wenn das Abtrennmittel in der zweiten Position ist, daß Mittel vorgesehen sind, um abgetrennte Komponenten aus beiden genannten Auslässen der Trennkammer aus dem Rotor über einen Bereich in der Nähe der Rotorachse auszutragen, während der Rotor rotiert, und daß Mittel vorgesehen sind, die während der Rotation des Rotors und während das Abtrennmittel sich in der zweiten Position befindet, betätigbar sind, um abgetrennte schwere Komponente zwangsläufig durch das eine Abteil in der Umfangsrichtung des Rotors in Richtung auf und durch den zweiten Auslaß hinaus und weiter radial einwärts zu dem Bereich nahe der Rotorachse zu verdrängen.
Bei einem die Erfindung verkörpernden Zentrifugalseparator ist eine schonende stetige Ausgabe der abgetrennten schweren Komponente aus der Trennkammer des Rotors auch dann möglich, wenn die Trennkammer in Umfangsrichtung des Rotors eine große Erstreckung hat. Das Ausgeben der abgetrennten schweren Komponente an einem Ort nahe der Rotorachse gewährleistet, daß sie schonend behandelt wird. Eine Trennkammer mit einer derartigen langgestreckten Gestalt ist zuweilen erwünscht, da sie einen verhältnismäßig langen Strömungsweg für die aufzutrennende Mischung über das im Rotor erzeugte Zentrifugalfeld bietet. Eine Trennkammer dieser Gestalt ist bspw. in der oben erwähnten SE 7708858- 1 (SE-B-408859) vorgeschlagen. Damit jedoch die abgetrennte schwere Komponente über den Ort nahe der Rotorachse ausgetragen werden kann, sollte sie eine verhältnismäßig niedrige Viskosität haben, damit sie unter den eigenen Druckkräften in Umfangsrichtung des Rotors zu ihrem Auslaß strömen kann.
Zum Verdrängen der abgetrennten schweren Komponente können Mittel unterschiedlicher Art verwendet werden. Bspw. kann man eine Druckflüssigkeit verwenden, um die Komponente in Umfangsrichtung des Rotors allmählich zu verdrängen. Das Abtrennmittel kann so angeordnet sein, daß die beiden Abteile in der Trennkammer vorzugsweise gerennt werden, wobei die Druckflüssigkeit vorzugsweise mit einer flexiblen Trennwand im Rotor von der schweren Komponente getrenntgehalten wird. Alternativ kann das Abtrennmittel so ausgebildet sein, daß es in seiner Teilstellung in der Trennkammer eine Verbindung zwischen den beiden Abteilen beläßt, die - in Umfangsrichtung des Rotors gesehen - in einer Entfernung von dem Auslaß für die schwere Komponente liegt. Dadurch läßt sich mit Überdruck der Trennkammer zugeführte Mischung - oder rückgeführte abgetrennte leichte Komponente der Mischung - als Druckflüssigkeit benutzen, um die Verdrängung der abgetrennten schweren Komponente durchzuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Trennkammer gebildet durch einen Trennsack aus flexiblem Material, der herausnehmbar im Rotor angeordnet ist, wobei das Abtennmittel zum Zusammendrücken des Trennsacks angeordnet ist. Das Abtrennmittel kann aus einem separaten langgestreckten aufweitbaren Drucksack bestehen, der intermittierend an eine Quelle eines Druckmittels anschließbar angeordnet ist.
Ein aufweitbarer langgestreckter Drucksack dieser Art kann erwünschtenfalls auch als Abtrennmittel in einer Trennkammer verwendet werden, die starre umgebende Wandungen aufweist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind unten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben, von denen die
Fig. 1 einen Zentrifugenrotor mit Mitteln zum Übertragen einer Flüssigkeit zu diesem hin und von ihm weg; die
Fig. 2 einen Trenn- und einen Drucksack aus flexiblem Material, die in einen Zentrifugenrotor nach Fig. 1 einsetzbar sind; die
Fig. 3 einen Radialschnitt durch einen Zentrifugenrotor nach Fig. 1; die
Fig. 4 einen Radialschnitt durch die Säcke der Fig. 2 in der Form, die sie in einen Zentrifugenrotor eingesetzt aufweisen; und die
Fig. 5, 6, 7, 8 sowie 9 und 10 verschiedene spezielle Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Die Fig. 1 zeigt einen Zentrifugenrotor 1, der um eine vertikale Achse 2 drehbar ist. Ein Schlauch 3 ist an den Rotor 1 angeschlossen und verläuft von seiner Unterseite an der Achse 2 und um den Rotor außen herum zu einem Bereich nahe der Achse 2 über dem Rotor, wo er mit einem ortsfesten Element verbunden ist, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Der Rotor 1 ist mittels einer (nicht gezeigten) Vorrichtung herkömmlicher Art - bspw. wie in der US-A-4 108 353 gezeigt - drehbar, wobei der Schlauch 3 so angeordnet ist, daß er um den Rotor in der gleichen Richtung wie dieser, aber nur mit der Hälfte von dessen Geschwindigkeit umlaufen kann, so daß er sich nicht verdrallt.
Im Rotor ist zwischen zwei kegelstumpfförmigen Wandungen eine Trennkammer 4 ausgebildet, die fast vollständig um die Achse 2 herumverläuft. Die Trennkammer ist von einem langgestrckten Trennsack 5 aus flexiblem Material gebildet, der lösbar im Rotor angeordnet ist und den die Fig. 2 abgewickelt auf einer ebenen Unterlage zeigt. Im Rotor ist auch eine weitere, kleinere Kammer 6 ausgebildet, die entlang der Trennkammer 4 in Umfangsrichtung des Rotors verläuft. Die Kammer 6 ist von einem separaten langgestreckten Drucksack 7 aus flexiblem Material gebildet, der über seine gesamte Erstreckung außen am Trennsack 5 anliegt. Der Drucksack 7 ist in Fig. 2 mit gepunkteten Linien gezeigt.
Durch den Schlauch 3 sind vier Schläuche 8 - 11 geführt. Die Schläuche 8 - 10 sind mit ihren im Rotor befindlichen Enden fest mit einem und dem gleichen Ende des Trennsacks verbunden, der Schlauch 11 an seinem im Rotor befindlichen Ende fest mit dem angrenzenden Ende des Drucksacks 7. An ihren anderen Enden sind die Schläuche 8 - 11 mit entsprechenden ortsfesten Behältern 12 - 15 verbunden. Zwischen dem ortsfesten Ende des Schlauchs 3 und dem jeweiligen Behälter verlaufen die Schläuche 9 - 11 jeweils durch eine sogenannte Schlauchpumpe 16, 17 bzw. 18. An einer entsprechenden Stelle ist der Schlauch 8 vorzugsweise mit einem Absperrventil (nicht gezeigt) versehen.
Wie die Fig. 2 zeigt, sind die gegenüberliegenden Wandungen des Trennsacks 5 entlang einer Linie 19 bspw. durch Schweißen zusammengefügt. Dadurch wird die Trennkammer 4 über einen großen Teil ihrer Erstreckung in der Umfangsrichtung des Rotors von der Verbindung mit einem Kanal 20 geschlossen, an dessen einem Ende das Innere des Schlauchs 9 angeschlossen ist. Nur in dem verhältnismäßig kleinen Bereich 21 am gegenüberliegenden Ende des Kanals 20 kommuniziert dieser mit der Trennkammer 4.
Auch entlang einer Linie 22 sind die gegenüberliegenden Wandungen des Trennsacks 5 zusammengefügt, so daß im Sack zwischen der Trennkammer 4 und den entsprechenden Verbindungsstellen der Schläuche 8 und 10 am Sack separate Verbindungskanäle 23 und 24 ausgebildet werden.
Die Fig. 2 zeigt mit einem Pfeil eine bevorzugte Drehrichtung für den Trennsack 5, d.h. für den Rotor 1.
Die Fig. 3 zeigt einen Teil eines Rotors nach Fig. 1 mit zwei Rotorteilen 26 und 26, die mit einem Verschlußring 27 axial beinandergehalten werden. Zwischen den Rotorteilen 25 und 26 ist ein Raum 28 ausgebildet, der einen Trennsack 5 und einen Drucksack 7 nach Fig. 1 und 2 aufnehmen soll. Die Fig. 4 zeigt einen Radialschnitt durch die Säcke 5 und 7 in derjenigen Form, die sie im Raum 28 haben würden. Wie ersichtlich, ist der Drucksack 7 im aufgeweiteten Zustand gezeigt, in dem er die gegenüberliegenden Wandungen des Trennsacks 5 zusammendrückt. Dadurch wird die Trennkammer im Trennsack 5 zu zwei Abteilen 29 und 30 unterteilt, die in unterschiedlicher Entfernung von der Rotorachse 2 liegen.
Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Drucksack 7, da er sich über nur einen Teil des Trennsacks 5 erstreckt, im aufgeweiteten Zustand einen kleinen Bereich 31 beläßt, in dem die beiden Abteile 29 und 30 miteinander kommunizieren. Dieser Bereich liegt - in Umfangsrichtung des Rotors 1 gesehen - in einer erheblichen Entfernung vom Ort des Anschlusses des Schlauchs 8 am Trennsack 5. Bei aufgeweitetem Drucksack 7 kommuniziert das Innere des Schlauchs 8 über den Kanal 23 mit dem Abteil 29 im Trennsack 5. Im aufgeweitetem Zustand bewirkt der Drucksack 7 einen dichten Abschluß zwischen den Abteilen 29 und 30 entlang der gesamten Verbindunglinie 22.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, enthält der Rotorteil 26 drei parallele Ausnehmungen 32, die zum Raum 28 hin offen sind und in der Umfangsrichtung des Rotors verlaufen.Die beiden äußeren derselben sind zur Aufnahme von zwei Schweißnähten 33 des Drucksacks 7 zum Fixieren desselben gedacht (Fig. 4), während die mittlere Ausnehmung einen Mittelteil des Drucksacks 7 aufnehmen soll, um das Entleeren der Druckflüssigkeit zu erleichtern.
Die Arbeitsweise des Zentrifugalseparators nach Fig. 1 - 4 ist wie folgt gedacht:
Nachdem die Flüssigkeit im Drucksack 7 mit der Pumpe 18 aus diesem mindestens teilweise abgezogen worden und der Rotor 1 in Drehung versetzt worden ist, wird mittels der Pumpe 17 eine Flüssigkeitsmischung durch den Schlauch 10 in die Trennkammer 4 des Trennsacks 5 gepumpt. Die Mischung von zu trennenden Komponenten strömt in Umfangsrichtung des Rotors von einem zu anderen Ende des Trennsacks 5. An diesem Punkt umfaßt die Trennkammer 4 beide Abteile 29, 30, da der Drucksack 7 nicht aufgeweitet ist und daher die Abteile 29 und 30 über die gesamte Länge des Trennsacks 5 miteinander kommunizieren. Das Absperrventil (nicht gezeigt) im Schlauch 8 ist geschlossen.
Während des Durchströmens des Trennsacks 5 wird infolge der Zentrifugalkraft eine verhältnismäßig leichte Komponente von einer verhältnismäßig schweren Komponente der Mischung getrennt. Es wird angenommen, daß die leichte Komponente aus einer niedrigviskosen Flüssigkeit besteht, während es sich bei der schweren Komponente um Teilchen wie bspw. Zellen der einen oder anderen Art handelt, die selbst oder gemeinsam mit einer kleinen Menge Flüssigkeit eine verhältnismäßig zähflüssige Masse bilden. Eine solche Masse lagert sich allmählich im radial äußersten Teil der Trennkammer 4 ab, während teilchenfreie Flüssigkeit weiter durch den Trennsack 5 strömt.
Hat die abgetrennte leichte Komponente das andere Ende des Trennsacks 5 erreicht, strömt sie durch die Verbindung 21 radial einwärts zum Kanal 20 und durch diesen in Umfangsrichtung des Rotors weiter zum ersten Ende des Trennsacks 5 zurück. Dort verläßt sie den Trennsack durch den Schlauch 9 und wird von der Pumpe 16 weiter zum Behälter 13 gepumpt.
Hat sich nach einiger Zeit des Zentrifugierens eine bestimmte Menge der schweren Komponente im radial äußersten Teil der Trennkammer 4 gesammelt, wird die Pumpe 18 aktiviert, so daß dem Drucksack 7 Flüssigkeit mit überdruck zugeführt wird. Dieser weitet sich dann zu einem Zustand (vergl. Fig. 4) auf, in dem er den Trennsack 5 zusammendrückt und die Abteile 29 und 30 erzeugt, die nur im Bereich 31 (Fig. 2) miteinander kommunizieren. Der Flüssigkeitsdruck im Drucksack 7 sollte den Druck im Trennsack 5 erheblich übersteigen.
Ist der Drucksack 7 aufgeweitet, wird das Ventil (nicht gezeigt) im Schlauch 8 geöffnet und die Pumpe 16 abgeschaltet, so daß sie einen weiteren Ausfluß abgetrennter leichter Komponente aus dem Trennsack 5 verhindert. Dies bedeutet, daß der Flüssigkeitsdruck, der von der Pumpe 17 im Abteil 30 des Trennsacks 5, an den der Schlauch 10 angeschlossen ist, erzeugt wird, sich über die Verbindung 31 zum Abteil 29 fortpflanzt. Dadurch wird erreicht, daß abgetrennte viskose schwere Komponente, die an diesem Zeitpunkt das Abteil 29 füllt, durch den Kanal 23 und den Schlauch 8 hindurch zum Behälter 14 gedrückt wird. Mehr oder weniger abgetrennte Flüssigkeit aus dem Abteil 30 verdrängt also die schwere Komponente entlang der Kammer 29 in Umfangsrichtung des Rotors aus der Verbindung 31 zum Kanal 23.
Ist eine gewünschte Menge schwerer Komponente aus dem Trennsack 5 entfernt worden, wird das Ventil im Schlauch 8 wieder geschlossen, die Drehrichtung der Pumpe 18 umgekehrt und gleichzeitig die Pumpe 16 angelassen. Dann fällt der Drucksack 7 in sich zusammen und die gesamte Trennkammer 4 ist nun für einen neuen Trennzyklus wieder verfügbar.
Es ist einzusehen, daß das Entfernen der schweren Komponente aus dem Abteil 29 alternativ erreicht werden kann, indem man die Pumpe 17 für frische Mischung stoppt und die Drehrichtung der Pumpe 16 für abgetrennte leichte Komponente umkehrt.
Es ist weiterhin einzusehen, daß in einer Anordnung von Pumpen nach Fig. 1 die Pumpen 16 und 17 mit Fördervolumina betrieben werden müssen, die bezüglich des in der zugeführten Mischung enthaltenen Anteils an schwerer Komponente genau aufeinander abgestimmt sind. Da dieser Anteil schwanken und/oder nur schwer vorhersehbar sein kann, ist es oft zweckmäßiger, anstelle der Pumpe 16 eine Pumpe zum intermittierenden Abpumpen abgetrennter schwerer Komponente durch den Schlauch 8 vorzusehen. Die Pumpe 17 wird so dafür benutzt, sowohl die Mischung durch den Schlauch 10 zu- als auch die abgetrennte leichte Komponente durch den Schlauch 9 abzuführen. In diesem Fall braucht die Pumpe 17 nicht in Verbindung mit dem intermittierenden Abführen schwerer Komponente aus dem Trennsack 5 benutzt zu werden; vielmehr kann sie währenddessen stillstehen. Soll die Pumpe 17 zum Erleichtern der Abfuhr schwerer Komponente verwendet werden, muß im Schlauch 9 ein Absperrventil vorgesehen werden, so daß sich für dieses Abführen ein überdruck in der Trennkammer 4 aufbauen kann.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Der Trennsack 5 und die mit ihm verbundenen Schläuche 8 - 10 sind gepunktet gezeigt. Ein Drucksack 7a - entsprechend dem Drucksack 7 der Fig. 1 bis 4 - ist mit einem Schlauch 11a verbunden. Es wird angenommen, daß die Säcke 5 und 7a auf die oben zu den Fig. 3 und 4 beschriebene Weise in einem Raum in einem Rotor angeordnet sind.
Gegenüberliegende Wandungen des Drucksacks 7a sind durch Verschweißen entlang einer Linie 34 zusammengefügt, die von einem Ende des Drucksacks diesen vollständig entlang bis kurz vor sein anderes Ende verläuft. Es werden also zwei parallele Kanäle 35 und 36 gebildet, die in Umfangsrichtung des Rotors in unterschiedlichem Abstand zur Rotorachse verlaufen. Am genannten ersten Ende des Drucksacks ist der Schlauch 11a mit dem Kanal 35 verbunden, am anderen Ende kommunizieren die Kanäle 35 und 36 über eine Öffnung 37 miteinander.
An mehreren Orten entlang seiner Erstreckung enthält der radial äußere Kanal 36 Einschnürungen, die durch Verschweißen von Teilen der Kanalwandungen ausgebildet sind.
Die Vorrichtung nach Fig. 5 und 6 soll wie folgt arbeiten.
Nach einem gewissen Fortgang des Zentrifugierens unter Zufuhr des Flüssigkeitsgemischs durch den Schlauch 10 und Ausgabe der abgetrennten leichten Komponente durch den Schlauch 9 wird abgetrennte Flüssigkeit mit Überdruck durch den Schlauch 11a dem Kanal 35 im Drucksack 7a zugeführt. Dann weitet sich der den Kanal 35 und die Öffnung 37 am Ende des Drucksacks bildende Teil des Drucksacks 7a auf, so daß die gegenüberliegenden Wandungen des Trennsacks 5 - wie in Fig. 4 - entlang einer Linie gegenüber dem Kanal 35 im Drucksack 7a zusammengedrückt werden. Dadurch werden im Trennsack separate Abteile - ähnlich den Abteilen 29 und 30 in Fig. 4 - gebildet, die jedoch keinerlei Verbindung miteinander aufweisen, und zwar infolge des Umstands, daß der Trennsack 5 auch in dem der Öffnung 37 im Drucksack 7a gegenüberliegenden Bereich zusammengedrückt wird.
Bei weiterer Zufuhr einer Flüssigkeit mit Überdruck durch den Kanal 35 erzwingt diese sich ihren Weg nacheinander durch die Einschnürungen 38, wobei das radial äußere geschlossene Abteil des Trennsacks 5 - entsprechend dem Abteil 29 in Fig. 4 - allmählich zusammengedrückt wird. Die abgetrennte schwere Komponente im geschlossenen Abteil wird dadurch in Umfangsrichtung des Rotors zum Ende des Abteils hin und durch den Schlauch 8 ausgedrückt.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Auch hier ist der Trennsack gepunktet gezeigt. Ein Drucksack 7b - entsprechend dem Drucksack 7a der Fig.6 - ist mit einem Schlauch 11b verbunden. Auch hier wird angenommen, daß die Säcke 5 und 7b auf die oben zur Fig. 3 und 4 beschriebene Weise in einem Raum in einem Rotor angeordnet sind.
Der Drucksack 7b hat eine radiale Ausdehnung, die im wesentlichen die gleiche Größe hat wie der Drucksack 7a; er ist jedoch nicht wie letzterer in verschiedene parallele Kanäle unterteilt. Der Drucksack 7 hat radial innere und äußere Begrenzungswandungen 39 und 40 und verläuft in Umfangsrichtung des Rotors von einem Bereich an einem Ende des Trennsacks 5 - zwischen den Anschlüssen der Schläuche 8 und 10 an letzterem - vollständig zu anderen Ende des Trennsacks 5. Zum Aufweiten des Drucksacks 7b wird letzterer nicht mit einer Flüssigkeit, sondern mit einem Druckgas beaufschlagt.
Die Anordnung nach Fig. 7 und 8 soll auf folgende Weise arbeiten.
Nach gewissem Fortgang des Zentrifugierens unter Zufuhr von Flüssigkeitsmischung durch den Schlauch 10 und Abgabe abgetrennter flüssiger Komponente durch den Schlauch 9 wird Druckluft durch den Schlauch 11b allmählich dem Drucksack 7b zugeführt. Da der von der Zentrifugalkraft im Trennsack 5 erzeugte Flüssigkeitsdruck im Bereich der inneren Begrenzungswand 39 des Drucksacks 7b niedriger als im Bereich der äußeren Begrenzungswand 40 ist, der Luft- Drucksack 7b aber in jedem Moment in allen Teilen des Drucksacks den gleichen Wert aufweist, weitet sich der Drucksack 7b unter allmählich zunehmendem Luftdruck so auf, daß er den Trennsack 5 zunächst im Bereich der inneren Begrenzungswand 39 und dann - mit steigendem Luftdruck - radial auswärts zum Bereich der äußeren Begrenzungswand 40 zusammendrückt. Dadurch wird abgetrennte schwere Komponente, die sich im radial äußersten Teil des Trennsacks 5 gesammelt hat, allmählich radial auswärts verdrängt; da es für sie nur einen einzigen Auslaß aus dem Trennsack 5 gibt, strömt sie in Umfangsrichtung des Rotors zum Schlauch 8 und durch diesen aus.
Anstelle eines einzelnen Drucksacks 7b können zwei separate Drucksäcke verwendet werden, die separat an eine oder gemeinsam an die gleiche Druckquelle angeschlossen sind. Zwei solcher separater Drucksäcke können wie die Kanäle 35 und 36 im Drucksack 7a nach Fig. 6 verlaufen. Bei Verwendung zweier separater Drucksäcke anstelle eines einzelnen wird es einfacher, die beiden unterschiedlichen Arbeitsschritte (1) des Unterteilens der Trennkammer in zwei Abteile und (2) des Abführens der abgetrennten schweren Komponente aus einem dieser Abteile separat zu steuern.
Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Ein Trennsack 5a - entsprechend dem Trennsack 5 der Fig. 1 bis 8 - ist gepunktet gezeigt und es sei angenommen, daß er in einem Raum im einem Rotor auf die gleiche Weise angeordnet ist, wie bereits zur Fig. 3 und 4 beschrieben wurde.
Ein weiterer Drucksack entsprechend den Säcken 7, 7a und 7b in den bereits beschriebenen Ausführungsformen hat in diesem Fall eine andere Erstreckung. Der fragliche Drucksack, der vollständig geschlossen ist und keinen Schlauchanschluß aufweist, hat einen ersten Teil 41, der auf die gleiche Weise sich erstreckt wie der Drucksack 7 in Fig. 2, sowie einen zweiten Teil 42, der parallel zum Sackteil 41 radial einwärts von diesem im Bereich eines Kanals 20a im Trennsack 5a verläuft. Der Kanal 20a entspricht dem Kanal 20 im Trennsack 5 der Fig. 1, enthält jedoch eine stark eingeschnürte Verbindung 21a zur Trennkammer 4a im Rest des Trennsacks 5a.
Die Sackteile 41 und 42 kommunizieren miteinander über einen radial verlaufenden dritten Sackteil 43.
Die Vorrichtung der Fig. 9 und 10 soll wie folgt arbeiten:
Durch den Schlauch 10a wird die Trennkammer 4a durch Überdruck mit einer Flüssigkeitsmischung aus zu trennenden Komponenten beschickt. Die Mischung strömt im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung des Rotors durch die Trennkammer 4a, wobei schwere Komponente abgetrennt wird und sich langsam im radial äußersten Teil der Trennkammer absetzt. Abgetrennte leichte Komponente fließt zum gegenüberliegenden Ende der Trennkammer 4a weiter und durch die eingeschnürte Verbindung 21a in den Kanal 20a. Dort strömt sie gegen die Richtung der Strömung in der Trennkammer 4a zum Schlauch 9a und durch diesen hinaus. Infolge der Drosselstelle 21a ist der Druck im Kanal 20a niedriger als in der Trennkammer 4a. Eine Pumpe (nicht gezeigt) zum Auspumpen abgetrennter leichter flüssiger Komponente aus dem Kanal 20a - entsprechend der Pumpe 16 in Fig. 1 - kann benutzt werden, so daß sie zum Erzeugen dieses Druckunterschieds beiträgt.
Als Folge des in der Trennkammer 4a herrschenden Überdrucks wird letztere so stark aufgeweitet, daß sie den Sackteil 41 zusammendrückt und dadurch Flüssigkeit aus ihm und durch den Sackteil 43 zum Sackteil 42 drückt.
Dies wird ermöglicht durch den Umstand, daß der Sackteil 42 am Bereich des Kanals 20a liegt, in dem, wie oben erwähnt, ein niedrigerer Druck herrscht als in der Trennkammer 4a.
Nachdem sich eine gewisse Menge schwere Komponente in der Trennkammer 4a angesammelt hat, wird die Pumpe, die frische Mischung in die Trennkammer gepumpt hat, abgestellt und die obige Pumpe, die abgetrennte leichte Komponente aus dem Kanal 20a gepumpt hat, umgekehrt. Beim Rückpumpen abgetrennter leichter Komponente baut sich im Kanal 20a ein Überdruck auf, der infolge der gedrosselten Verbindung 21a höher ist als der Druck in der Trennkammer 4a. Im Ergebnis wird derjenige Teil des Trennsacks 5, der den Kanal 20a bildet, sich aufweiten und den Sackteil 42 zusammendrücken, so daß die Flüssigkeit in letzterem durch den Sackteil 43 hindurch in den Sackteil 41 überströmt. Dadurch wird der Sackteil 41 aufweitet, drückt folglich den Trennsack 5 zusammen und bewirkt ein Unterteilen der Trennkammer 4a in zwei Abteile ähnlich den Abteilen 29 und 30 in Fig. 4. Diese Abteile kommunizieren lediglich über die Verbindung 31a miteinander.
Bei weiterem Rückpumpen abgetrennter leichter Komponente strömt diese weiter durch die Drosselstelle 21a in die Trennkammer 4a und von dort durch die Verbindung 31a in das radial äußere der beiden so gebildeten Abteile. Dann drückt sie abgetrennte schwere Komponente, die dieses äußere Abteil füllt, in Umfangsrichtung des Rotors zum Schlauch 8a und durch diesen aus.
In allen oben beschriebenen Ausführungsformen des Trennsacks sind zwei gegenüberliegende Wände des Sacks entlang einer Linie 19 zusammengefügt, so daß ein Auslaßkanal 20 gebildet wird, der radial einwärts der Trennkammer parallel zu ihr verläuft.
Dieser Aufbau des Trennsacks ist nur gewählt worden, um einen Anschluß aller Schläuche 8 - 10 am gleichen Ende des Trennsacks zuzulassen. Stattdessen kann die Verbindung entlang der Linie 19 entfallen und der Schlauch 9 zum Abführen abgetrennter leichter Komponente am anderen Ende des Trennsacks angeschlossen werden.
Es sind oben einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, bei denen die Trennkammer im Zentrifugenrotor durch einen Trennsack aus flexiblem Material gebildet wird. Dies ist nicht erforderlich. Der Raum 28 mit starren Wänden, den die Fig. 3 zeigt, kann eine Trennkammer bilden und ein Drucksack ähnlich dem Drucksack 7 der Fig. 4 kann angeordnet werden, um die Trennkammer in Abteile ähnlich den Abteilen 29 und 30 in Fig. 4 zu unterteilen.
Als Abtrennmittel kann anstelle eines solchen Drucksacks jede geeignete Einrichtung verwendet werden, bspw. ein hydraulisch steuer- und axial bewegbares Schieberelement, wie es für Rotoren in andersartigen Zentrifugalseparatoren bekannt ist.
Es brauchen auch keine Schläuche wie die Schläuche 8 - 11 für die Verbindungen zwischen den verschiedenen Kammern im Rotor und den ortsfesten Behältern verwendet zu werden. Alternativ können zum Anschließen unterschiedlicher stationärer Leitungen an einen drehbaren Rotor Drehkupplungen mit mechanischen Dichtungen verwendt werden. Mit anderen Worten: Es ist nicht nötigzum Antrieb des Rotors eine Einrichtung mit einem Schlauch entsprechend dem Schlauch 3 in Fig. 1 zu verwenden, der um den Rotor drehbar ist.
Im Betrieb eines erfindungsgemäßen Zentrifugalseparators kann es vorteilhaft sein, eine andere Betriebsweise als die oben beschriebene zu verwenden. Zum Abtrennen von Zellen kann es bspw. zweckmäßig sein, das Abtrennen durchzuführen, während die Trennkammer zu zwei Abteilen 29 und 30 unterteilt ist, wie es die Fig. 4 zeigt. Die abgetrennte Zellmasse sammelt sich dann im radial äußersten Teil des Abteils 30. Ist im Abteil eine ausreichende Menge Zellmasse abgetrennt, wird die Verbindung zwischen den Abteilen 39 und 40 geöffnet, so daß die Zellmasse sich radial auswärts bewegt und das Abteil 29 ausfüllt. Unmittelbar danach wird die Verbindung zwischen den Abteilen 29 und 30 wieder geschlossen, woraufhin die Zellmasse auf oben beschriebene Weise in Umfangsrichtung des Rotors zum Auslaß des Abteils 29 bewegt und durch diesen hindurch ausgegeben wird. Ist die abgetrennte Zellmasse auf diese Weise aus dem Rotor entfernt worden, wird der Ausgabevorgang unterbrochen und der Abtrennvorgang kann bei geschlossener Verbindung zwischen den Abteilen 29 und 30 fortgesetzt werden.
Mit einer solchen Methode des Betreibens des erfindungsgemäßen Zentrifugalseparators wird erreicht, daß die in der Trennkammer abgetrennte Zellmasse, die eine verhältnismäßig lange Zeit verdichtet worden ist, unmittelbar vor dem Ausgabevorgang, während dem sie entlang des Abteils 29 und aus dem Rotor verdrängt wird, eine etwas bessere Fließfähigkeit erhält.

Claims

1. Zentrifugalseparator mit einem Rotor, der um eine Rotorachse drehbar ist und eine Trennkammer (4) ausbildet, mit Mitteln, die einen Einlaß (24) in die Trennkammer (4) für eine Flüssigkeitsmischung von aufzutrennenden Komponenten ausbilden, mit Mitteln, die einen ersten Auslaß (21) aus der Trennkammer auf einem ersten Abstand von der Rotorachse zum Austragen einer abgetrennten leichten Komponente ausbilden, mit Mitteln, die einen zweiten Auslaß (23) aus der Trennkammer auf einem zweiten Abstand von der Rotorachse, der größer ist als der erste Abstand, zum Austragen einer abgetrennten schweren Komponente ausbilden, mit Mitteln zum Zuführen einer Mischung an den Einlaß, mit einem Abtrennmittel (7), das von einer ersten Position zu einer zweiten Position verschieblich ist, um die Trennkammer (4) in zwei Abteile (29, 30) zu unterteilen, die sich nebeneinander in Umfangsrichtung des Rotors erstrecken, wobei das eine (29) dieser Abteile auf einem größeren Abstand von der Rotorachse (2) als das andere angeordnet ist und mit dem zweiten Auslaß (23) verbunden ist, und mit einer Vorrichtung (18), die während der Rotation des Rotors betätigbar ist, um das Abtrennmittel (7) aus der ersten Position, in der die Abteile (29, 30) miteinander entlang ihrer gemeinsamen Erstreckung in der Umfangsrichtung des Rotors kommunizieren, in die zweite Position zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile (29, 30) voneinander entlang wenigstens des Hauptteils ihrer gemeinsamen Erstreckung getrennt sind, wenn das Abtrennmittel (7) in der zweiten Position ist, daß Mittel vorgesehen sind, um abgetrennte Komponenten aus beiden genannten Auslässen der Trennkammer aus dem Rotor über einen Bereich in der Nähe der Rotorachse auszutragen, während der Rotor rotiert, und daß Mittel vorgesehen sind, die während der Rotation des Rotors und während das Abtrennmittel sich in der zweiten Position befindet betätigbar sind, um abgetrennte schwere Komponente (29) zwangsläufig durch das eine Abteil (29) in der Umfangsrichtung des Rotors in Richtung auf und durch den zweiten Auslaß (23) hinaus und weiter radial einwärts zu dem Bereich nahe der Rotorachse zu verdrängen.

2. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1, bei dem das Abtrennmittel (7) in seiner zweiten Position in der Trennkammer angeordnet ist, um eine Verbindung (31) zwischen den zwei Abteilen (29, 30) zu belassen, die, gesehen in der Umfangsrichtung des Rotors, mit einem Abstand von dem Auslaß (23) für abgetrennte schwere Komponente angeordnet ist.

3. Zentrifugalseparator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Abtrennmittel und die Vorrichtung zum Verschieben des Abtrennmittels einen langgestreckten expandierbaren Druckbeutel (7) umfassen, welcher angeordnet ist, um intermittierend mit einer Druckfluidquelle verbunden zu werden.

4. Zentrifugalseparator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Einlaß (24) für die Flüssigkeitsmischung und der Auslaß (23) für die abgetrennte schwere Komponente an einem Ende angeordnet sind und der Auslaß (21) für die abgetrennte leichte Komponente an einem entgegengesetzten Ende der Trennkammer (4), gesehen in der Umfangsrichtung des Rotors, angeordnet ist, wobei der Einlaß für die Flüssigkeitsmischung mit dem anderen Abteil (30) der Trennkammer (4) verbunden ist, wenn letztere unterteilt ist.

5. Zentrifugalseparator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Trennkammer (4) durch einen Trennbeutel (5) aus flexiblem Material gebildet ist, der lösbar in dem Rotor angeordnet ist.

6. Zentrifugalseparator nach Anspruch 5, bei dem das Abtrennmittel (7) angeordnet ist zum Zusammendrücken des Trennbeutels (5), um die Abteile der Trennkammer abzuteilen.

7. Zentrifugalseparator nach Anspruch 4, bei dem die Trennkammer (4) ausgebildet wird durch einen Trennbeutel (5) aus flexiblem Material, wobei die Mittel zur Zufuhr der Mischung und die Mittel zum Austragen der abgetrennten Komponenten aus dem Rotor eine Einlaß- und Auslaßvorrichtung umfassen, die in einem Stück mit dem Trennbeutel (5) verbunden ist und einen Einlaßkanal (10), der mit dem Einlaß der Trennkammer verbunden ist, und zwei Auslaßkanäle (8, 9) ausbildet, die mit den jeweiligen Auslässen aus der Trennkammer verbunden sind, wobei die Einlaß- und Auslaßvorrichtung mit dem Trennbeutel (5) an demjenigen Ende der Trennkammer (4) verbunden ist, an dem der Einlaß (24) für die Flüssigkeitsmischung und der Auslaß (23) für die abgetrennte schwere Komponente angeordnet sind, und wobei die einander gegenüberliegenden Wandungen des Trennbeutels (5) miteinander längs wenigstens einer Linie (19) verbunden sind, die sich in Umfangsrichtung des Rotors in der Weise erstreckt, daß ein von der Trennkammer (4) abgetrennter Kanal (20) innerhalb des Trennbeutels ausgebildet wird, wobei ein Ende des Kanals (20) mit einem Auslaßkanal (9) in der Einlaß- und Auslaßvorrichtung kommuniziert und an dem anderen Ende desselben mit dem Auslaß (21) aus der Trennkammer für abgetrennte leichte Komponente kommuniziert.

8. Zentrifugalseparator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zum zwangsläufigen Verdrängen abgetrennter schwerer Komponente in der Umfangsrichtung des Rotors durch das eine Abteil (29) eine Pumpe umfaßt, die so mit der Trennkammer (4) verbunden ist, daß beim Betrieb der Pumpe eine Druckdifferenz zwischen den Enden des Abteils entsteht.

9. Zentrifugalseparator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zum zwangsläufigen Verdrängen abgetrennter schwerer Komponente in der Umfangsrichtung des Rotors durch das eine Abteil (29) ein Verdrängerteil (7a, 7b) umfaßt, welches in den Raum des Abteils hinein verschieblich ist, um die schwere Komponente daraus zu verdrängen.

10. Zentrifugalseparator nach Anspruch 9, bei dem das Verdrängerteil (7a, 7b) einen Teil des Abtrennmittels darstellt, wobei das Abtrennmittel vorgesehen ist, um die Trennkammer (14) in die zwei genannten Abteile (29, 30) zu unterteilen bevor eine Verdrängung der abgetrennten schweren Komponente verursacht wird.

11. Zentrifugalseparator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Mittel zur Zufuhr der Mischung in die Trennkammer und zum Austragen der abgetrennten Komponenten aus derselben wenigstens ein flexibles Teil (3) umfassen, welches einen mit dem Einlaß verbundenen Einlaßkanal (10) und zwei Auslaßkanäle (8, 9) definiert, die mit den jeweiligen Auslässen der Trennkammer verbunden sind, und welches mit dem Rotor verbunden ist, sich nach auswärts von dem Rotor an der Rotationsachse (2) auf einer Seite des Rotors erstreckt und sich weiter außerhalb der Peripherie des Rotors zu der Rotationsachse (2) auf der anderen Seite des Rotors erstreckt und fest mit einer undrehbaren Vorrichtung zur Zufuhr von Mischung und Aufnahme von abgetrennten Komponenten verbunden ist.