EP3930910A1 - Separator - Google Patents

Separator

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Publication number
EP3930910A1
EP3930910A1 EP19718724.8A EP19718724A EP3930910A1 EP 3930910 A1 EP3930910 A1 EP 3930910A1 EP 19718724 A EP19718724 A EP 19718724A EP 3930910 A1 EP3930910 A1 EP 3930910A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drum
housing
separator
container
sections
Prior art date
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Granted
Application number
EP19718724.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3930910B1 (de
Inventor
Rüdiger GÖHMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Mechanical Equipment GmbH
Original Assignee
GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEA Mechanical Equipment GmbH filed Critical GEA Mechanical Equipment GmbH
Publication of EP3930910A1 publication Critical patent/EP3930910A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3930910B1 publication Critical patent/EP3930910B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/02—Electric motor drives
    • B04B9/04—Direct drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/04—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls
    • B04B1/08—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with inserted separating walls of conical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/10—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with discharging outlets in the plane of the maximum diameter of the bowl
    • B04B1/12—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles with discharging outlets in the plane of the maximum diameter of the bowl with continuous discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/02—Continuous feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/08—Other accessories for centrifuges for ventilating or producing a vacuum in the centrifuge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/02—Casings; Lids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/12—Suspending rotary bowls ; Bearings; Packings for bearings

Definitions

  • the invention relates to a separator according to the preamble of claim 1.
  • a generic separator for separating a flowable product into different phases which has a rotatable drum with a drum lower part and a drum upper part and a means arranged in the drum for clarifying, wherein one, several or all fol gender elements are made of plastic or a plastic composite material: the lower part of the drum, the upper part of the drum, the means for clarifying.
  • a device for separating blood into two phases of different densities comprising a magnetic drive device and a container which is set in a rotary movement about its own axis by the drive device, the container having at least one open end and has at least one inlet therein, and wherein the container is mounted in a magnetically floating manner.
  • the invention aims to solve this problem.
  • the invention solves this problem with the subject matter of claim 1. It creates a separator for separating a flowable suspension in a centrifugal fugalfeld in at least two flowable phases of different density, which has the following: a stationary housing which is laid out in the manner of a container which has at least two or more openings, these openings being an inlet opening for an inflowing suspension and at least one outlet or more processes for one or more flowable phases possibly of different density, which are preferably each assigned to annular spaces of the housing, as well as a rotatable drum arranged within the housing with a vertical axis of rotation, which has a number of openings corresponding to the housing, which lead to the Corresponding openings of the housing, a multi-part bearing and drive device, having at least one control device and an electric motor consisting of a stator, a Statormagnetanord voltage and a rotor magnet assembly with which the drum is held in suspension within the housing, radially u nd axially supported and set in rotation ver
  • the axial and the essential radial centering of the drum is done with the help of the control device, which regulates the rotary movement during operation in such a way that a largely defined axial or vertical arrangement of the rotor magnet arrangement and thus the rotor and the associated drum is ensured during operation. which rotates within the stator magnet assembly. It is provided that the sealing ring (s) guide the drum radially in the area in which they are arranged to be additionally stored during operation.
  • the drum with the bearing and drive device can not only be supported in relation to a radial direction, but can also be kept floating and centered in an axial direction. Due to the intended one-way concept of the drum and the housing, the axial bearing properties are sufficient of the rotor magnet in order to ensure sufficient axial storage of the drum for the present application until the end of processing of the intended amount of suspension. To achieve a higher speed and thus a higher separation performance of the separator, it is also advantageous that the one or more mechanical seals guide the drum radially at its upper end during operation. A further radial guidance of the drum is thereby achieved in a structurally simple manner.
  • housing should not be interpreted too narrowly. It includes completely inherently rigid containers but also containers that are not inherently rigid in whole or in sections.
  • the sealing ring (s) adjacent to the annular spaces between the drum and the housing are distributed in order to seal them off without leaks. It is also advantageous if the drains and / or the annular spaces between the drum and the housing with a or several seals sealed, in particular special sealed against each other. As a result, the streams of suspension, light phase and possibly heavier phase in and out of the separator are safely separated from one another.
  • the sealing ring or rings is / are leads out as a mechanical seal.
  • the sealing with commercially available machine elements is cost-effective and structurally simple.
  • the inlet is designed as an inlet pipe which extends vertically from above in the direction of the center of the housing and that the two outlets are aligned radially.
  • a distributor and a separating means are arranged in the drum in order to ensure a sufficient separating effect.
  • a first liquid drain is formed on the drum in the upper axial section of the drum. It can be provided that a second liquid drain is formed on the drum in the upper axial area adjacent to the first liquid drain.
  • At least one of the liquid drains is assigned a device for adjusting the separation zone within the drum.
  • the housing only has the two or three openings and is otherwise hermetically sealed.
  • the seal (s) is / are designed as a mechanical seal or Elring seal. As a result, the sealing is carried out with commercially available machine elements in a cost-effective and structurally simple manner.
  • the first liquid drain on the drum in the upper axial area - preferably at the upper axial end - and the second liquid drain also in the upper axial area the drum is formed.
  • the housing has only the two or three openings and is otherwise hermetically sealed. This makes it easier to create a separator that has the disposable components “drum” and “housing”, whereas at least parts of the bearing and drive device are reusable.
  • the housing is designed as a completely or partially not inherently rigid container but rather ver malleable, preferably flexible.
  • the housing can still be so stable that it stands on its own, but it is not as inherently rigid as a solid plastic container, for example a stable plastic tank, but can easily be moved by hand or by touching it without greater effort can be deformed.
  • it is not designed to be inherently rigid in such a way that it is possible to ensure a sufficient air gap without stabilizing the shape with an aid.
  • the housing can be manufactured particularly simply from relatively little plastic material and also from a relatively inexpensive plastic material, and can be disposed of in a particularly uncomplicated manner.
  • the container as a whole or at least in sections is designed like a flexible bag.
  • the container has one or more inherently rigid sections in sections and one or more flexible sections in sections.
  • the container has one or more inherently rigid sections in sections and one or more flexible sections in sections which optionally connect the inherently rigid sections.
  • the container has one of the inherently rigid sections at each of its two axial ends.
  • One of these sections can be provided in the area of the inflows and outflows and one in the area of the rotor magnet arrangement, where an inherently rigid design to ensure a particularly defined distance between the housing and the drum is particularly advantageous.
  • the non-inherently rigid portion or portions or the overall non-inherently rigid container are put into a state in which it is ensured that the overall non-inherently rigid container or the non-inherently rigid container during operation by means of an aid Do not touch / touch the drum directly during operation.
  • the aid is designed as a frame with which or on which the container is held in a stretched manner.
  • the framework is designed as a framework arranged outside the housing, on which the container is integrated in one clamped state is maintained. In this way, the container can be clamped particularly easily on the inside of the frame and the frame can be used for a multiple use.
  • the housing consists of a plastic or a plastic composite material. It can also be provided that
  • the drum predominantly, preferably except for one or more components of the drive (e.g. the rotor magnet arrangement - consists of a plastic or a plastic composite material.
  • the rotor magnet arrangement - consists of a plastic or a plastic composite material.
  • the separator 1 of FIG. 1 has a housing 10 which is stationary during operation.
  • This housing is preferably made entirely or at least in sections of a plastic or a plastic composite material.
  • the housing is designed as an essentially inherently rigid, stable container which is so stable without any further aids that it remains at a defined distance from a rotor rotating in it during operation.
  • the housing 10 is designed as an inherently rigid and dimensionally stable container only in sections and otherwise as a non-inherently rigid and flexi bel deformable container.
  • This container therefore behaves entirely or at least in sections like a deformable bag.
  • the term “housing” thus includes, on the one hand, containers that are so stable or inherently rigid that they remain at a distance from the drum during operation and, on the other hand, completely or partially non-inherently rigid containers, which are then optionally supported by an aid such as a support structure 150 - e.g. designed as a scaffold - can be kept in an inherently rigid state.
  • a support structure 150 e.g. designed as a scaffold - can be kept in an inherently rigid state.
  • the frame is an outer frame outside the container, which can be tensioned in this with tensioning means 151 such as tension belts, rubber rings or the like (FIG. 2a) and (in FIG. 2b) is also kept tensioned during operation.
  • tensioning means 151 such as tension belts, rubber rings or the like (FIG. 2a) and (in FIG. 2b) is also kept tensioned during operation.
  • the housing 10 here has a lower section 101 and an upper section 102.
  • the lower section 101 can be configured as a cylindrical section. This can in turn be subdivided into one or more cylindrical regions 101 a, 101 b of different diameters.
  • the lower section 101 can have a first lower - here cup-like - area 101 a with a first diameter which has a closed bottom at the lower end.
  • This first section 101a essentially serves to hold drive components of a drive of a rotor on a drum.
  • the first section 101 a can be followed vertically upwards by a second section 101 b, preferably of larger diameter.
  • the upper section 102 adjoins the lower section 101.
  • This can be configured conically tapering ver at least in a lower region 102a.
  • Towards the top can be attached to this conical section 102a connect a housing head 102b. This can in turn be designed cylindrical and stepped in itself.
  • the lower section 102 can also be conical or conical and cylindrical in sections.
  • the lower cup-like region 101a and the housing head 102b can be designed to be inherently rigid and designed, for example, as injection-molded plastic elements.
  • the area between these ele ments 101 a and 102 b can consist of a flexible plastic tube section 101 b, 102 a (Fig. 2a). This can be stretched (Fig. 2b). So it can be attached to an outer frame 150, with tensioning means 151 such as traction means and flakes or in some other way, so that it forms a housing 10 that is sufficiently stable during operation that it is so stable that it in operation a still to be explained rotating rotor that surrounds it does not be touched.
  • the housing 10 is designed in the manner of a container which is advantageously designed to be hermetically sealed except for openings, here at least two or three openings (to be discussed). These openings are an inlet opening 103 and one or two liquid outlets 104, 105. If only a single outlet opening is provided, a solid phase can also be collected inside a drum in batch operation and with the entire separator after a complete processing of a designated amount of to processing suspension are disposed of (not shown here).
  • the inlet opening 103 is penetrated by an inlet pipe 106 that extends vertically from above in the direction of the center of the housing 10.
  • the two liquid drains 104, 105 here can extend essentially radially.
  • the first liquid drain 104 and here the further second liquid drain 105 are formed in the housing head 102b of the upper section 102 of the housing 10. They are preferably formed directly on the upper end of the housing 10.
  • One or more annular spaces 107, 108 of the housing are connected upstream of the one or two or more outlets 104, 105.
  • the process or processes 104, 105 enable a process of one or more flowable phases from the annular space or spaces 107, 108 during operation of the rotating drum 20.
  • the meaning and the advantageous effect of the one annular space or two or more Annular spaces 107, 108 are explained in more detail below.
  • the liquid drain or drains 104, 105 of the housing are designed here as connecting pieces leading radially out of the housing 10, to which lines, in particular hoses or the like (not shown here), can be connected.
  • lines in particular hoses or the like (not shown here)
  • At the inflow and outflow who preferably one inflow and several outflow lines, in particular outflow pipes or hoses, are connected. These, in turn, can have a certain inherent rigidity, so that they further stabilize the arrangement, in particular the housing, and hold it in place to a limited extent.
  • a rotatable rotor of a drive device is arranged on and with a rotatable drum 20 with an imaginary “ideal” axis of rotation D, which is a vertical axis of rotation.
  • the real axis of rotation deviates from the vertical due to precision movements.
  • the drum 20 and its components consist entirely or at least for the most part (ideally except for magnets to be explained), preferably also if made of a plastic or a plastic composite material.
  • the drum 20 can also have a lower cylindrical and / or conical section 201 and an upper conical section 202 as well as a type of drum head which consists of cylindrical lugs which extend vertically upwards in the orientation of FIGS. 1 and 2.
  • the inlet pipe 106 of the housing can stand still during operation. It he extends vertically from above through the inlet opening of the housing 10 into the drum 20 to a concentric to the inlet pipe manifold 203 of the manifold 204 of the drum 20.
  • the manifold forms part of the rotating system (rotor or drum).
  • the one or more annular spaces 107, 108 of the housing are in turn connected upstream of the liquid drain or drains 104, 105. The processes enable liquid to flow out of the annular spaces 107, 108 when the drum 20 is then rotating.
  • one or more - here three - seal (s) 109 - are provided between the drum 10 and the housing 20. These seals are designed here as sealing rings.
  • the sealing rings 109 is / are here preferably designed as a mechanical seal (s). Alternatively, other sealing rings such as e.g. O-ring seals are used.
  • the sliding bearing properties of the mechanical seals 109 are sufficient to ensure a sufficient radial bearing of the drum 20 in the intended one-time operation.
  • the sliding bearing properties of the mechanical seals 109 guide the drum 20 radially at its upper end - also called drum head - during operation.
  • Compensatory and pendulum movements of the drum 20 due to the precession of the drum 20 can be compensated for by a rotor magnet 332 (still to be explained) in conjunction with a suitable control system in a manner sufficient for single operation.
  • the distributor pipe 203 of the distributor 204 opens downward into radial distributor ducts 205 which lead into a separation chamber or centrifugal chamber 206.
  • a clarifying agent such as a plate pack 207 can be arranged in this separating space 206.
  • the distributor 204 can have a distributor base 205a, which in turn has a lower cylindrical extension 205b which protrudes axially downward from the drum 20, in particular from the cylindrical portion 201 thereof.
  • a suspension S to be processed which is passed through the feed pipe 106 into the drum 20, is separated into at least two flowable phases LP and HP of different densities by centrifugal force when the drum 20 is driven in rotation.
  • the lower density phase LP flows radially inward in the separation space 206 and is there via a first discharge channel 208 upward into the radial discharge line 209 and is ejected through this radially out of the rotating drum into the first annular space 107.
  • the phase LP leaves the drum 20 on a radius ri. From there it flows - in a circling manner in the annular space due to its momentum - through the upper liquid drain 104 out of the housing 10.
  • phase HP of greater density flows radially outward in the separation space 206 and is upwardly via a second discharge channel 210 into the radial discharge line 21 1 and is ejected through this radially out of the rotating drum into the second annular space 108.
  • the phase HP leaves the drum 20 on a radius ra. From there it flows - in a circling manner in the annular space 108 due to its momentum - through the lower liquid drain 105 from the housing 10.
  • this phase or a further or other phase - e.g. a waste phase to be disposed of - collects outside in the drum 20 during operation if it consists of solids, so that the solids phase is not discharged.
  • the drum 20 then has only a single discharge.
  • the ratio of ra to ri allows the radius of the separation zone between the two phases to be set within the plate assembly, and in this way to regulate the flow rates of the individual phases.
  • the radius of the separation zone can also be changed by throttling the liquid outlets 104 and / or 105.
  • the housing 10 and the drum 20 are spaced from one another by an air gap LS. This is advantageous because in this way a high speed of the drum 20 can be achieved relatively easily.
  • the air gap LS is not filled in this area with one of the phases HP, LP to be derived.
  • the drum 20 is held in suspension within the housing 10 by a single electromagnetic bearing and drive device 30 and set in rotation.
  • the single electromagnetic bearing and drive device 30 has a single bearing and drive unit.
  • the electromagnetic bearing and drive device 30 has an electric motor 330.
  • This has a type of base with a stator 331 with a stator magnet arrangement 333 outside the housing 10.
  • the housing 10 can be placed on the base during operation.
  • a control device can also be provided outside the housing 10.
  • a rotor with a rotor magnet arrangement 332 can be formed in the interior of the housing 10 on the drum 20 and only be provided for one-way operation.
  • This rotor magnet arrangement 332 can be disposed of after operation or, alternatively, it can also be used again after suitable disposal of the remainder of the housing 10 and drum 20.
  • the rotor magnet arrangement 332 is then arranged on the drum 20 within the housing 10. This can be thoroughlybil det on the drum 20 in a lower area, which he stretches into the lower cup-like portion of the housing, but the drum 20 does not touch during operation.
  • the entire rotor is set in rotation, whereby it is not only rotated due to the magnetic effect between stator and rotor but enters a state of suspension that is maintained during operation.
  • the axial and radial centering of the drum 20 is done by the control device, which regulates the rotary movement during operation and ensures that a largely defined axial or vertical arrangement of the rotor magnet assembly and thus the rotor inside the stator magnet is ensured during operation net arrangement rotates.
  • the axial centering of the rotor magnet 332 and thus of the drum 20 is thus entirely or essentially implemented solely by the control unit controlling and regulating the stator magnet 333.
  • This regulation can be supported by one or more sensors on the non-rotating and / or on the rotating system.
  • the drum 20 can not only be supported in relation to a radial direction, but also be kept floating and centered in an axial direction. Due to the intended one-way concept of the drum 20 and the housing 10, a sufficient radial and also axial support of the drum 20 is to be ensured for the present application.
  • the drive device 30 can be operated electromagnetically.
  • a drive via rotating permanent magnets can also be implemented.
  • Suitable bearing and drive devices 30 are available from Levitronix e.g. used for driving centrifugal pumps (EP2273124B1) and offered.
  • the control can easily be programmed by a person skilled in the art, if necessary accompanied by tests, in such a way that the radial and bearing of a separator is ensured.
  • the drum 20 rotates. It is axially suspended and centered radially. Preferably, the drum 20 is rotated at a speed of between 1,000 and 20,000 revolutions per minute. The forces arising due to the rotation lead to the above-described separation of a suspension to be processed into different phases and possibly to their derivation, as already described in detail above.
  • the running surfaces of the seals can consist of steel sleeves. To be able to sterilize these, too, they must be made of autoclaved steel.
  • Distribution base 205a

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Ein Separator (1) zur Trennung einer fließfähigen Suspension S in einem Zentrifugalfeld in wenigstens zwei fließfähige Phasen LP, HP verschiedener Dichte, der folgendes aufweist: a) ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse (10), das nach Art eines Behälters ausgelegt ist, der zumindest zwei oder mehr Öffnungen (103, 104, 105) aufweist, b) eine innerhalb des Gehäuses (10) angeordnete drehbare Trommel (20) mit einer vertikalen Drehachse D, welche eine zum Gehäuse (10) Anzahl von Öffnungen (203, 209, 211) aufweist, die zu den Öffnungen (103, 104, 105) des Gehäuses (10) aus a) korrespondieren, c) eine einzige mehrteilige Lager- und Antriebsvorrichtung (30), aufweisend wenigstens eine Steuerungsvorrichtung sowie einen Elektromotor (330), bestehend aus einem Stator (331), einer Statormagnetanordnung (333) sowie einem Rotor mit einer Rotormagnetanordnung (332), mit welcher die Trommel (20) innerhalb des Gehäuses (10) in der Schwebe gehalten, radial und axial gelagert und in Drehung versetzt wird, d) wobei die Statormagnetanordnung (333) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist und die Rotormagnetanordnung (332) innerhalb des Gehäuses (10) an der Trommel (20) ausgebildet ist, e) so dass zwischen Gehäuse (10) und Trommel (20) während der Drehung der Trommel (20) im Betrieb ein Luftspalt LS ausgebildet ist, f) wobei die axiale Lagerung und Zentrierung der Trommel (20) durch die mehrteilige Lager- und Antriebsvorrichtung (30), durch Regeln der axialen Position der Rotormagnetanordnung (332) durch die Steuerungsvorrichtung durch Ansteuern des Elektromotors realisiert ist, und g) wobei zwischen der Trommel (20) und dem Gehäuse (10) einer oder mehrere Dichtringe angeordnet ist/sind, welche die Trommel (20) radial in dem Bereich in welchem sie angeordnet sind, während des Betriebes ergänzend radial lagern.

Description

SEPARATOR
Die Erfindung betrifft einen Separator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Aus der WO 2014/000829 A1 ist ein gattungsgemäßer Separator zur T rennung eines fließfähigen Produktes in verschiedene Phasen bekannt, der eine drehbare Trommel mit einem Trommelunterteil und einem Trommeloberteil aufweist und ein in der Trommel angeordnetes Mittel zum Klären, wobei eines, mehrere oder sämtliche fol gender Elemente aus Kunststoff oder einem Kunststoff-Verbundwerkstoff bestehen: das Trommelunterteil, das Trommeloberteil, das Mittel zum Klären. Derart ist es mög lich, einen Teil der Trommel oder vorzugsweise sogar die gesamte Trommel - vor zugsweise nebst den Zulauf- und Ablaufsystemen bzw. -bereichen - für eine Einmal verwendung auszulegen, was insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharma zeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entsprechenden Produktcharge im wäh rend der Verarbeitung der Produktcharge vorzugsweise kontinuierlichen Betrieb kei ne Reinigung der produktberührenden Teile der Trommel durchgeführt werden muss sondern diese insgesamt ausgetauscht werden kann. Gerade aus hygienischer Sicht ist dieser Separator damit sehr vorteilhaft. Um eine physische T rennung zwischen dieser Einweg-Trommel und dem Antrieb zu erreichen, ist eine berührungsfreie Kupplung zwischen Antrieb und T rommel vorteilhaft. Aus der WO2015/1 100501 A1 ist eine Vorrichtung zur Trennung von Blut in zwei Phasen unterschiedlicher Dichte bekannt, enthaltend eine magnetische Antriebsvorrichtung und ein Behältnis, das durch die Antriebsvorrichtung in eine Drehbewegung um seine eigene Achse versetzt wird, wobei das Behältnis mindestens ein offenes Ende und in diesem mindestens einen Einlass aufweist, und wobei das Behältnis magnetisch schwebend gelagert ist.
Problematisch ist die nicht zufriedenstellend gelöste Lagerung des offenen, becher artigen Rotors, der deshalb zu verhältnismäßig starken Präzessionsbewegungen neigt und deshalb hinsichtlich der Drehzahl und damit auch hinsichtlich der Trenn leistung limitiert ist, mit dem die Vorrichtung betreibbar ist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, dieses Problem zu lösen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Sie schafft einen Separator zur Trennung einer fließfähigen Suspension in einem Zentri- fugalfeld in wenigstens zwei fließfähige Phasen verschiedener Dichte, der folgendes aufweist: ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse, das nach Art eines Behälters ausge legt ist, der zumindest zwei oder mehr Öffnungen aufweist, wobei diese Öffnungen eine Zulauföffnung für eine zulaufende Suspension und zumindest einen Ablauf oder mehr Abläufe für eine oder mehrere fließfähige Phasen ggf. verschiedener Dichte umfassen, denen vorzugsweise jeweils Ringräume des Gehäuses zugeordnet sind, sowie eine innerhalb des Gehäuses angeordnete drehbare Trommel mit einer verti kalen Drehachse, welche eine zum Gehäuse entsprechende Anzahl von Öffnungen aufweist, die zu den Öffnungen des Gehäuses korrespondieren, eine mehrteilige La ger- und Antriebsvorrichtung, aufweisend wenigstens eine Steuerungsvorrichtung sowie einen Elektromotor, bestehend aus einem Stator, einer Statormagnetanord nung sowie einer Rotormagnetanordnung, mit welcher die Trommel innerhalb des Gehäuses in der Schwebe gehalten, radial und axial gelagert und in Drehung ver setzt wird, wobei die Statormagnetanordnung außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die Rotormagnetanordnung innerhalb des Gehäuses an der Trommel ausge bildet ist, so dass zwischen Gehäuse und Trommel im Betrieb ein Luftspalt LS aus gebildet ist, wobei eine axiale Zentrierung und Lagerung der Trommel ausschließlich durch Regeln der Position der Rotormagnetanordnung durch die Steuerungsvorrich tung durch Ansteuern des Elektromotors realisiert ist, und wobei zwischen der Trommel und dem Gehäuse einer oder mehrere Dichtringe angeordnet ist/sind, wel che die Trommel in dem Bereich in welchem sie angeordnet sind, während des Be triebes ergänzend radial lagern.
Die axiale und die wesentliche radiale Zentrierung der Trommel geschieht mit Hilfe der Steuerungsvorrichtung, die im Betrieb derart die Drehbewegung regelt, dass im Betrieb eine weitgehend definierte axiale bzw. vertikale Anordnung der Rotormag netanordnung und damit des Rotors und der damit verbundenen Trommel sicherge stellt wird, der innerhalb der Statormagnetanordnung rotiert. Dabei ist vorgesehen, dass der oder die Dichtringe die Trommel radial in dem Bereich in welchem sie an geordnet sind, während des Betriebes ergänzend lagernd führen.
Dadurch kann die Trommel mit der Lager- und Antriebsvorrichtung nicht nur in Bezug auf eine radiale Richtung gelagert werden, sondern auch in einer axialen Richtung in Schwebe gehalten und zentriert werden. Auf Grund des vorgesehenen Einwegkon zepts der Trommel sowie des Gehäuses genügen die axialen Lagereigenschaften des Rotormagnets, um für den vorliegenden Anwendungsfall bis zum Abschluss der Verarbeitung der vorgesehenen Menge an Suspension eine ausreichende axiale La gerung der Trommel sicherzustellen. Für das Erreichen einer höheren Drehzahl und damit einer höheren Trennleistung des Separators ist es zudem vorteilhaft, dass die eine oder mehrere Gleitringdichtungen die Trommel radial an ihrem oberen Ende während des Betriebes führen. Dadurch wird konstruktiv einfach eine weitere radiale Führung der T rommel erreicht.
Der Begriff des„Gehäuses“ ist nicht zu eng auszulegen. Er umfasst vollständig in sich eigensteife Behälter aber auch ganz oder abschnittsweise nicht eigensteife Be hälter.
Es ist zweckmäßig, wenn der oder die Dichtringe angrenzend an die Ringräume zwi schen der Trommel und dem Gehäuse verteilt sind, um diese leckagefrei abzudich ten. Vorteilhaft ist ferner, wenn die Abläufe und/oder die Ringräume zwischen der Trommel und dem Gehäuse mit einer oder mehrere Dichtungen abgedichtet, insbe sondere gegeneinander abgedichtet sind. Dadurch sind die Ströme von Suspension, leichter Phase und ggf. schwererer Phase in bzw. aus dem Separator sicher vonei nander getrennt.
Es kann vorgesehen sein, dass der oder die Dichtringe als Gleitringdichtung ausge führt ist/sind. Dadurch erfolgt die Abdichtung mit handelsüblichen Maschinenelemen ten kostengünstig und konstruktiv einfach.
Es kann vorgesehen sein, dass der Zulauf als Zulaufrohr ausgebildet ist, das sich von oben vertikal in Richtung des Zentrums des Gehäuses erstreckt und dass die zwei Abläufe radial ausgerichtet sind.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass in der T rommel ein Verteiler und ein T rennmit tel, insbesondere ein Tellerpaket, angeordnet sind, um eine genügende Trennwir kung sicherzustellen.
Es ist weiter bevorzugt, dass an der Trommel ein erster Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Abschnitt der Trommel ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass an der Trommel ein zweiter Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Bereich angrenzend an den ersten Flüssigkeitsablauf ausgebildet ist.
Optional kann vorgesehen sein, dass wenigstens einem der Flüssigkeitsabläufe eine Einrichtung zum Verstellen der T rennzone innerhalb der T rommel zugeordnet ist.
Sodann kann - für einen Einwegbetrieb und/oder eine leckagefrei Verarbeitung vor teilhaft - vorgesehen sein, dass das Gehäuse ausschließlich die zwei oder drei Öff nungen aufweist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebildet ist.
Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn die Dichtung(en) als Gleitringdichtung oder El- ringdichtung ausgeführt ist/sind. Dadurch erfolgt die Abdichtung mit handelsüblichen Maschinenelementen kostengünstig und konstruktiv einfach.
Es kann sich für ein Erreichen besonders hoher Drehzahlen sowie für einen beson ders stabilen Betrieb weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass an der Trommel der erste Flüssigkeitsablauf im oberen axialen Bereich - vorzugsweise am oberen axia len Ende - und der zweite Flüssigkeitsablauf im ebenfalls am oberen axialen Bereich der Trommel ausgebildet ist.
Es kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse ausschließlich die zwei oder drei Öffnungen aufweist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebil det ist. Dies erleichtert es, einen Separator zu schaffen, der die Einwegkomponenten „Trommel“ und„Gehäuse“ aufweist, wohingegen zumindest Teile der Lager- und An triebsvorrichtung wiederverwendbar sind.
Nach einer Weiterbildung, die aber ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 auch als eine selbstständige Erfindung zu verstehen ist, ist vorgesehen, dass das Gehäuse als ein ganz oder abschnittsweise nicht eigensteifer Behälter sondern ver formbar, vorzugsweise flexibel ausgebildet ist. In diesen nicht eigensteifen Abschnit ten kann das Gehäuse zwar noch so stabil sein, dass es insgesamt in sich steht, es ist aber nicht so eigensteif wie ein fester Kunststoffbehälter, beispielsweise ein form stabiler Kunststofftank, sondern kann leicht von Hand oder durch Berührung ohne größeren Kraftaufwand verformt werden. Es ist dabei insbesondere nicht derart ei gensteif ausgebildet, dass es möglich ist, einen genügenden Luftspalt sicherzustel len, ohne die Form durch ein Hilfsmittel zu stabilisieren.
Derart kann das Gehäuse besonders einfach aus relativ wenig Kunststoff material und zudem aus einem relativ kostengünstigen Kunststoff material gefertigt werden, und besonders unkompliziert entsorgt werden. Es ist somit in anderen Worten vorge sehen, dass der Behälter insgesamt oder zumindest abschnittsweise wie ein flexibler Beutel ausgebildet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Behälter abschnittsweise einen oder mehrere eigensteife Abschnitte aufweist und abschnittsweise einen oder mehrere flexible Ab schnitte. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Behälter abschnittsweise einen oder mehrere eigensteife Abschnitte aufweist und abschnittsweise einen oder mehrere flexible Abschnitte, welche ggf. die eigensteifen Abschnitte verbinden.
Dabei kann weiter vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Behälter an seinen beiden axialen Enden jeweils einen der eigensteifen Abschnitte aufweist. Einer dieser Ab schnitte kann im Bereich der Zu- und Abläufe vorgesehen und einer im Bereich der Rotormagnetanordnung, wo eine eigensteife Ausgestaltung zum Gewährleisten ei nes besonders definierten Abstandes des Gehäuses zur Trommel besonders vorteil haft ist.
Nach einer Weiterbildung kann vorteilhaft vorgesehen sein, das der oder die nicht eigensteifen Abschnitte oder der insgesamt nicht eigensteife Behälter im Betrieb mit tels eines Hilfsmittels in einen Zustand versetzt werden, in dem sichergestellt ist, das der insgesamt nicht eigensteife Behälter oder der oder die nicht eigensteifen Ab schnitte die Trommel im Betrieb nicht direkt berührt/berühren.
Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Hilfsmittel als ein Gerüst aus gestaltet ist, mit dem oder an dem der Behälter aufgespannt gehalten ist.
Es kann zudem weiter vorgesehen sein, dass das Gerüst als ein außerhalb des Ge häuses angeordnetes Gerüst ausgestaltet ist, an dem innen der Behälter in einem aufgespannten Zustand gehalten ist. Derart kann der Behälter besonders einfach innen am Gerüst gespannt werden und es kann das Gerüst für einen Mehrfachver wendung genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff besteht. Es kann auch vorgesehen sein, dass
die Trommel überwiegend, vorzugsweise bis auf eine oder mehrere Komponenten des Antriebs (- z.B. die Rotormagnetanordnung - aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff besteht. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Verwen dung eines Separators nach einem oder mehreren der darauf bezogenen Ansprüche für einen Einmalbetrieb zur Verarbeitung einer begrenzten Menge von Suspension und ggf. zur Entsorgung nach dieser Verarbeitung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entneh men.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, wobei auch weitere vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen diskutiert werden. Es sei betont, dass das nachfolgend diskutierte Ausführungsbeispiel die Erfindung nicht abschließend beschreiben soll, sondern dass auch nicht dargestellte Varianten und Äquivalente realisierbar sind und unter die Ansprüche fallen. Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Separators; und
Fig. 2: den Separator mit einem sie umgebenden Aufnahmebehälter in a) in einem noch nicht aufgespannten und in b) in einem aufgespannten Zustand.
Der Separator 1 der Fig. 1 weist ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse 10 auf. Die ses Gehäuse besteht vorzugsweise ganz oder zumindest abschnittsweise aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff. Nach Fig.1 ist das Gehäuse als ein im wesentlichen eigensteifer stabiler Behälter ausgebildet, der ohne weiteres Hilfsmittel so stabil ist, dass er im Betrieb zu einem sich in ihm drehenden Rotor definiert beabstandet bleibt.
Nach Fig. 2 ist das Gehäuse 10 dagegen als ein lediglich abschnittsweise eigensteif und formstabil ausgestalteter Behälter und ansonsten als nicht eigensteifer und flexi bel verformbarer Behälter ausgebildet. Dieser Behälter verhält sich daher insgesamt oder zumindest abschnittsweise wie ein verformbarer Beutel. Dies wird weiter unten unter Bezug auf Fig. 2 näher beschrieben. Der Begriff des„Gehäuses“ umfasst somit einerseits in sich so stabile bzw. eigensteife Behälter, dass sie im Betrieb zur Trom mel beabstandet bleiben als auch andererseits ganz oder abschnittsweise nicht ei gensteife Behälter, die dann optional ggf. durch ein Hilfsmittel wie eine Stützkon struktion 150 - z.B. als Gerüst ausgestaltet - in einem eigensteifen Zustand gehalten werden können. Nach Fig. 2a und b ist das Gerüst ein Außengerüst außerhalb des Behälters, der in diesem mit Spannmitteln 151 wie Spanngurten, Gummiringen oder dgl. aufspannbar (Fig. 2a) ist und (in Fig. 2b) im Betrieb auch aufgespannt gehalten ist.
Das Gehäuse 10 weist hier einen unteren Abschnitt 101 und einen oberen Abschnitt 102 auf. Der untere Abschnitt 101 kann als ein zylindrischer Abschnitt ausgestaltet sein. Dieser kann wiederum in einen oder mehrere zylindrische Bereiche 101 a, 101 b verschiedenen Durchmessers unterteilt sein.
So kann der untere Abschnitt 101 einen ersten unteren - hier becherartigen - Bereich 101 a mit einem ersten Durchmesser aufweisen, der am unteren Ende einen ge schlossenen Boden aufweist. Dieser erste Abschnitt 101 a dient im Wesentlichen zur Aufnahme von Antriebskomponenten eines Antriebs eines Rotors an einer Trommel. An den ersten Abschnitt 101 a kann sich vertikal nach oben hin ein zweiter Abschnitt 101 b vorzugsweise größeren Durchmessers anschließen.
Axial nach oben hin schließt sich somit an den unteren Abschnitt 101 der obere Ab schnitt 102 an. Dieser kann zumindest in einem unteren Bereich 102a konisch ver jüngend ausgestaltet sein. Nach oben hin kann sich an diesen konischen Abschnitt 102a ein Gehäusekopf 102b anschließen. Diese kann wiederum zylindrisch und in sich gestuft ausgestaltet sein.
Diese Form ist bevorzugt, aber nicht zwingend. Insbesondere kann der untere Ab schnitt 102 auch konisch oder abschnittsweise konisch und zylindrisch ausgestaltet sein.
Nach Fig. 2a und 2b können insbesondere der untere becherartige Bereich 101 a und der Gehäusekopf 102b eigensteif ausgestaltet sein und zum Beispiel als spritzge gossene Kunststoffelemente ausgestaltet sein. Der Bereich zwischen diesen Ele menten 101 a und 102b kann aus einem flexiblen Kunststoffschlauchabschnitt 101 b, 102a bestehen (Fig. 2a). Dieser kann aufgespannt werden (Fig. 2b). So kann er an einem Außengerüst 150 befestigt sein, so mit Spannmitteln 151 wie Zugmittel und Flaken oder auf andere Weise, so dass er durch dieses Aufspannen (Fig. 2b) einen im Betrieb genügend stabiles Gehäuse 10 ausbildet, dass so stabil ist, dass es im Betrieb einen noch zu erläuternden sich drehenden Rotor, den es umgibt, nicht be rührt.
Das Gehäuse 10 ist nach Art eines Behälters ausgelegt, der vorteilhaft bis auf Öff nungen, hier zumindest zwei oder drei (noch zu erörternde) Öffnungen hermetisch geschlossen ausgebildet ist. Diese Öffnungen sind eine Zulauföffnung 103 und ein oder zwei Flüssigkeitsabläufe 104, 105. Wenn nur eine einzige Ablauföffnung vorge sehen ist, kann eine Feststoffphase im Batchbetrieb auch innen in einer Trommel gesammelt werden und mit dem gesamten Separator nach einem vollständigen Verarbeiten einer vorgesehenen Menge an zu verarbeitender Suspension entsorgt werden (hier nicht dargestellt).
Die Zulauföffnung 103 ist von einem Zulaufrohr 106 durchsetzt, dass sich von oben vertikal in Richtung des Zentrums des Gehäuses 10 erstreckt. Die hier zwei Flüssig keitsabläufe 104, 105 können sich im Wesentlichen radial erstrecken.
Der erste Flüssigkeitsablauf 104 und hier der weitere zweite Flüssigkeitsablauf 105 sind im Gehäusekopf 102b des oberen Abschnitts 102 des Gehäuses 10 ausgebil det. Vorzugsweise sind sie direkt am oberen Ende des Gehäuses 10 ausgebildet. Dem einen oder den zwei oder mehr Abläufen 104, 105 vorgeschaltet sind einer oder mehrere Ringräume 107, 108 des Gehäuses. Der oder die Abläufe 104, 105 ermögli chen einen Ablauf von einer oder mehreren fließfähigen Phasen aus dem oder den Ringräumen 107, 108 im Betrieb der sich dann drehenden T rommel 20. Die Bedeu tung und die vorteilhafte Wirkung des einen Ringraumes oder der zwei oder mehr Ringräume 107, 108 werden weiter unten noch näher erläutert.
Der oder die Flüssigkeitsabläufe 104, 105 des Gehäuses sind hier als radial aus dem Gehäuse 10 führende Stutzen ausgebildet, an die Leitungen, insbesondere Schläu che oder dgl. (hier nicht dargestellt), anschließbar sind. An die Zu- und Ablaufe wer den vorzugweise eine Zu- und mehrere Ablaufleitungen, insbesondere Ablaufrohre oder Schläuche angeschlossen. Diese können wiederum eine gewisse Eigensteifig keit aufweisen, so dass sie die Anordnung, insbesondere das Gehäuse, weiter stabi lisieren und begrenzt räumlich festhalten.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein drehbarer Rotor einer Antriebsvorrichtung an und mit einer drehbaren Trommel 20 mit einer gedachten„idealen“ Drehachse D ange ordnet, die eine vertikale Drehachse ist. Die reale Drehachse weicht durch Präzessi onsbewegungen von der Vertikalen ab.
Die Trommel 20 und ihre Bestandteile bestehen ganz oder jedenfalls zum überwie genden Teil (idealerweise bis auf noch zu erläuternde Magnete) vorzugsweise eben falls aus einem Kunststoff- oder aus einem Kunststoff- Verbundwerkstoff. Auch die Trommel 20 kann einen unteren zylindrischen und/oder konischen Abschnitt 201 und einen oberen konischen Abschnitt 202 aufweisen sowie eine Art Trommelkopf, der aus zylindrischen, sich bei der Ausrichtung der Fig.1 und 2 vertikal nach oben erstre ckenden Ansätzen besteht.
Das Zulaufrohr 106 des Gehäuses 10 kann wie dieses im Betrieb Stillstehen. Es er streckt sich vertikal von oben durch die Zulauföffnung des Gehäuses 10 bis in die Trommel 20 bis in ein zum Zulaufrohr konzentrisches Verteilerohr 203 des Verteilers 204 der Trommel 20. Der Verteiler bildet einen Teil des rotierenden Systems (Rotor bzw. Trommel). Dem oder den Flüssigkeitsabläufen 104, 105 vorgeschaltet sind wiederum der eine oder mehrere Ringräume 107, 108 des Gehäuses. Die Abläufe ermöglichen einen Ablauf von Flüssigkeit aus den Ringräumen 107, 108 im Betrieb der sich dann dre henden Trommel 20.
Um den oder die Flüssigkeitsabläufe 104, 105 und/oder die Ringräume 107, 108 ab zudichten, insbesondere gegeneinander abzudichten, sind zwischen der Trommel 10 und dem Gehäuse 20 eine oder mehrere -hier drei- Dichtung(en) 109 - vorgesehen. Diese Dichtungen sind hier als Dichtringe ausgebildet.
Im Beispiel der Fig. 1 dichten drei radiale wirkende Dichtringe 109a 109b sowie 109c in einem Luftspalt zwischen Trommel 20 und Gehäuse 10 einen axial oberen äuße ren Bereich radial außen an der Trommel 20 gegen einen axial oberen und radial inneren Bereich des Gehäuses 10 ab.
Die Dichtringe 109 ist/sind hier vorzugsweise als Gleitringdichtung(en) ausgeführt. Alternativ können auch andere Dichtringe wie z.B. Eiringdichtungen zum Einsatz kommen.
Auf Grund des vorgesehenen Einwegkonzepts der Trommel 20 sowie des Gehäuses 10 genügen die Gleitlagereigenschaften der Gleitringdichtungen 109 um eine ausrei chende radiale Lagerung der Trommel 20 in dem vorgesehenen einmaligen Betrieb sicherzustellen.
Die Gleitlagereigenschaften der Gleitringdichtungen 109 führen die Trommel 20 radi al an ihrem oberen Ende -auch Trommelkopf genannt- während des Betriebes.
Ausgleichs- und Pendelbewegungen der Trommel 20 auf Grund der Präzession der Trommel 20 kann ein noch zu erläuternder Rotormagnet 332 im Zusammenspiel mit einer geeigneten Regelung in für den Einmalbetrieb genügender Weise ausgleichen.
Zunächst sei der weitere Aufbau des Rotors näher erläutert. Das Verteilerrohr 203 des Verteilers 204 mündet nach unten in radiale Verteilerkanä le 205, die in einen Trennraum bzw. Schleuderraum 206 führen. In diesem Trenn raum 206 kann ein Klärmittel wie ein Tellerpaket 207 angeordnet sein. Der Verteiler 204 kann einen Verteilersockel 205a aufweisen, der wiederum einen unteren zylind rischen Ansatz 205b aufweist, der nach unten hin axial aus der Trommel 20, insbe sondere aus deren zylindrischem Abschnitt 201 vorsteht.
In dem Trennraum 206 wird eine zu verarbeitende Suspension S, die durch das Zu laufrohr 106 in die Trommel 20 geleitet wird, im angetriebenen Drehbetrieb der Trommel 20 durch die Zentrifugalkraft in zumindest zwei fließfähige Phasen LP und HP verschiedener Dichte getrennt. Die Phase LP geringerer Dichte strömt im Trenn raum 206 radial nach innen und wird dort über einen ersten Ableitungskanal 208 nach oben in die radiale Ableitung 209 und wird durch diese radial aus der sich dre henden Trommel in den ersten Ringraum 107 ausgestoßen. Hierbei verlässt die Phase LP die Trommel 20 auf einem Radius ri. Von dort fließt sie - aufgrund ihres Impulses im Ringraum kreisend - durch den oberen Flüssigkeitsablauf 104 aus dem Gehäuse 10.
Die Phase HP größerer Dichte strömt im Trennraum 206 radial nach außen und wird nach oben hin über einen zweiten Ableitungskanal 210 in die radiale Ableitung 21 1 und wird durch diese radial aus der sich drehenden Trommel in den zweiten Ring raum 108 ausgestoßen. Hierbei verlässt die Phase HP die T rommel 20 auf einem Radius ra. Von dort fließt sie - aufgrund ihres Impulses im Ringraum 108 kreisend - durch den unteren Flüssigkeitsablauf 105 aus dem Gehäuse 10. Es kann auch vor gesehen sein, dass sich diese Phase oder eine weitere oder andere Phase - z.B. eine zu entsorgende Abfallphase - im Betrieb außen in der Trommel 20 sammelt, wenn sie aus Feststoffen besteht, so dass die Feststoffphase nicht abgeleitet wird. Die Trommel 20 weist dann nur eine einzige Ableitung auf.
Durch das Verhältnis von ra zu ri lässt sich der Radius der Trennzone zwischen den beiden Phasen innerhalb des Tellerpaketes einstellen und derart eine Regulierung der Durchflussmengen der einzelnen Phasen realisieren. Auch durch das Androsseln der Flüssigkeitsabläufe 104 und/oder 105 kann der Radius der Trennzone verändert werden. In dem vertikalen Bereich unterhalb der Ringräume sind das Gehäuse 10 und die Trommel 20 durch einen Luftspalt LS voneinander beabstandet. Dies ist vorteilhaft, da derart aufgrund relativ problemlos eine hohe Drehzahl der Trommel 20 erreicht werden kann. Der Luftspalt LS füllt sich in diesem Bereich nicht mit einer der abzulei tenden Phasen HP, LP.
Die Trommel 20 wird innerhalb des Gehäuses 10 durch eine einzelne elektromagne tische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 in der Schwebe gehalten und in Drehung versetzt. Die einzelne elektromagnetische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 weist eine einzelne Lager- und Antriebseinheit auf.
Die elektromagnetische Lager- und Antriebsvorrichtung 30 weist einen Elektromotor 330. Dieser weist eine Art Sockel mit einem Stator 331 mit einer Statormagnetanord nung 333 außerhalb des Gehäuses 10 auf. Das Gehäuse 10 kann im Betrieb auf den Sockel aufgesetzt werden. Auch ein Steuergerät kann außerhalb des Gehäuses 10 vorgesehen sein. Diese Antriebskomponenten sind somit vorteilhaft wiederverwend bar und nicht für den Einweg-Batchbetrieb vorgesehen.
Ein Rotor mit einer Rotormagnetanordnung 332 kann hingegen in dem Inneren des Gehäuses 10 an der T rommel 20 ausgebildet sein und nur für den Einwegbetrieb vorgesehen sein. Diese Rotormagnetanordnung 332 kann nach dem Betrieb entsorgt werden oder aber alternativ auch nach einem geeigneten Entsorgen des Rests aus Gehäuse 10 und T rommel 20 wieder verwendet werden.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist dann an der T rommel 20 die Rotormagnetanordnung 332 angeordnet. Diese kann an der Trommel 20 in einem unteren Bereich ausgebil det sein, der sich in den unteren becherartigen Abschnitt des Gehäuses hinein er streckt, den die Trommel 20 im Betrieb aber nicht berührt.
Infolge geeigneter Ansteuerung des Antriebes durch ein Steuergerät der gesamte Rotor in Rotation versetzt, wobei er aufgrund der Magnetwirkung zwischen Stator und Rotor nicht nur gedreht wird sondern in einen Schwebezustand eintritt, der wäh rend des Betriebes aufrechterhalten wird. Die axiale und radiale Zentrierung der Trommel 20 geschieht durch die Steuerungs vorrichtung, die im Betrieb die Drehbewegung regelt und regelnd dafür sorgt, dass im Betrieb eine weitgehende definierte axiale bzw. vertikale Anordnung der Rotormag netanordnung und damit des Rotors sichergestellt wird, der innerhalb der Statormag netanordnung rotiert.
Die axiale Zentrierung des Rotormagneten 332 und somit der Trommel 20 wird somit ganz oder im Wesentlichen allein durch die Ansteuerung und Regelung des Stator magneten 333 durch das Steuergerät realisiert. Unterstützbar werden diese Reglung durch einen oder mehrere Sensoren an dem nicht rotierenden und/oder an dem ro tierenden System.
Derart kann die Trommel 20 nicht nur in Bezug auf eine radiale Richtung gelagert werden, sondern auch in einer axialen Richtung in Schwebe gehalten und zentriert werden. Auf Grund des vorgesehenen Einwegkonzepts der Trommel 20 sowie des Gehäuses 10 wird für den vorliegenden Anwendungsfall eine ausreichende radiale und auch axiale Lagerung der Trommel 20 sicherzustellen.
Die Antriebsvorrichtung 30 kann elektromagnetisch betrieben werden. Es ist aber auch ein Antrieb über rotierende Permanentmagneten realisierbar.
Geeignete Lager- und Antriebsvorrichtungen 30 werden von der Firma Levitronix z.B. für den Antrieb von Zentrifugalpumpen verwendet (EP2273124B1 ) und angeboten. Die Steuerung ist vom Fachmann leicht ggf. begleitet von Versuchen derart pro grammierbar, dass die radiale und Lagerung eines Separators sichergestellt wird.
Im Betrieb dreht sich somit die Trommel 20. Dabei wird sie axial in der Schwebe ge halten und radial zentriert. Vorzugsweise wird die Trommel 20 mit einer Drehzahl zwischen 1.000 und 20.000 Umdrehungen pro Minute gedreht. Die aufgrund der Ro tation entstehenden Kräfte führen zur bereits weiter oben beschriebenen Trennung einer zu verarbeitenden Suspension in verschiedene Phasen und ggf. zu deren Ab leitung, wie weiter oben bereits im Detail beschreiben. Mit der beschriebenen Ausführung ist es wiederum möglich, einen Separator nebst Gehäuse zu schaffen, der bis auf das Antriebssystem und Teile der Lagerung für ei ne Einmalverwendung auslegt werden kann, was wiederum insbesondere in Hinsicht für die Verarbeitung pharmazeutischer Produkte wie Fermentationsbrühen oder dgl. von Interesse und Vorteil ist, da nach dem Betrieb zur Verarbeitung einer entspre chenden Produktcharge im während der Verarbeitung der Produktcharge vorzugs weise kontinuierlichen Betrieb keine Reinigung der Trommel 20 durchgeführt werden muss sondern die T rommel 20 nebst Gehäuse 10 insgesamt ausgetauscht werden kann. Ggf. können einzelne Elemente wie Magnete geeignet recycelt werden. Es kann für bestimmte Anwendungen erforderlich sein, dass alle produktberührten Komponenten komplett keimfrei bzw. sterilisiert sein müssen. Hierfür ist die Sterilisie rung dieser Komponenten mit z.B. Beta-Strahlen erforderlich. Die Materialien müs sen gegebenenfalls für eine solche Bestrahlung geeignet sein.
Die Laufflächen der Dichtungen können nach einer Variante aus Stahlhülsen beste- hen. Um auch diese sterilisieren zu können, müssen sie aus autoklaviertem Stahl bestehen.
Bezugszeichen
Separator 1
Gehäuse 10
unterer zylindrischer Abschnitt 101
oberer konischer Abschnitt 102
Zulauföffnung 103
Flüssigkeitsabläufe 104, 105
Zulaufrohr 106
Ringräume 107, 108
Dichtung 109, 109a, 109b, 109c
Gehäusekopf 1 10
Trommel 20
unterer zylindrischer Abschnitt 201
oberer konischer Abschnitt 202
Verteilerohr 203
Verteiler 204
Verteilerkanäle 205
Trennraum 206
Tellerpaket 207
Verteilersockel 205a
zylindrischer Ansatz 205b
Ableitungskanal 208
Ableitung 209
Ableitungskanal 210
Ableitung 21 1
Lager- und Antriebsvorrichtung 30
Elektromotor 330
Stator 331
Rotormagnet 332
Statormagnet 333 Drehachse D
Suspension S fließfähige Phasen LP und HP Luftspalt LS
Radius ri
Radius ra

Claims

Patentansprüche
1. Separator (1 ) zur T rennung einer fließfähigen Suspension S in einem
Zentrifugalfeld in wenigstens zwei Phasen LP, HP verschiedener Dichte, der folgendes aufweist: a) ein im Betrieb stillstehendes Gehäuse (10), das nach Art eines Behäl ters ausgelegt ist, der zumindest zwei oder mehr Öffnungen (103, 104, 105) aufweist, wobei diese Öffnungen (103, 104, 105) eine Zulauföff nung (103) für eine zulaufende Suspension S und zumindest einen Ab lauf oder mehr Abläufe (104, 105) für fließfähige Phasen LP, HP ver schiedener Dichte umfassen, denen vorzugsweise jeweils Ringräume (107, 108) des Gehäuses (10) zugeordnet sind,
b) eine innerhalb des Gehäuses (10) angeordnete drehbare T rommel (20) mit einer vertikalen Drehachse D, welche eine zum Gehäuse (10) An zahl von Öffnungen (203, 209, 21 1 ) aufweist, die zu den Öffnungen (103, 104, 105) des Gehäuses (10) aus a) korrespondieren,
c) eine einzige mehrteilige Lager- und Antriebsvorrichtung (30), aufwei send wenigstens eine Steuerungsvorrichtung sowie einen Elektromotor (330), bestehend aus einem Stator (331 ), einer Statormagnetanordnung (333) sowie einem Rotor mit einer Rotormagnetanordnung (332), mit welcher die T rommel (20) innerhalb des Gehäuses (10) in der Schwebe gehalten, radial und axial gelagert und in Drehung versetzt wird, d) wobei die Statormagnetanordnung (333) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist und die Rotormagnetanordnung (332) innerhalb des Ge häuses (10) an der Trommel (20) ausgebildet ist,
e) so dass zwischen Gehäuse (10) und Trommel (20) während der Dre hung der Trommel (20) im Betrieb ein Luftspalt LS ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
f) die axiale Lagerung und Zentrierung der Trommel (20) durch die mehr teilige Lager- und Antriebsvorrichtung (30), durch Regeln der axialen Position der Rotormagnetanordnung (332) durch die Steuerungsvorrich tung durch Ansteuern des Elektromotors realisiert ist, und g) zwischen der T rommel (20) und dem Gehäuse (10) einer oder mehrere Dichtringe angeordnet ist/sind, welche die Trommel (20) radial in dem Bereich in welchem sie angeordnet sind, während des Betriebes ergän zend radial lagern.
2. Separator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Dicht ringe angrenzend an die Ringräume (107, 108) zwischen der T rommel (10) und dem Gehäuse (20) im Bereich des einen Ablaufs oder der mehreren Abläufe ver teilt sind.
3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Dichtringe (109) als Gleitringdichtung oder Eiringdichtung ausgeführt ist/sind.
4. Separator (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf als Zulaufrohr (106) ausgebildet ist, das sich von oben verti kal in Richtung des Zentrums des Gehäuses (10) erstreckt und dass der oder die Flüssigkeitsabläufe (104, 105) radial ausgerichtet ist/sind.
5. Separator (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trommel (20) ein Verteiler (204) und ein Trennmittel, insbeson dere ein Tellerpaket (207), angeordnet sind.
6. Separator (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trommel (20) eine erste Ableitung (209) im oberen axialen Ab schnitt (102) der Trommel (20) ausgebildet ist.
7. Separator (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der T rommel (20) eine zweite Ableitung (21 1 ) im oberen axialen Bereich angrenzend an die erste Ableitung (209) ausgebildet ist.
8. Separator (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) ausschließlich die zwei oder drei Öffnungen auf weist und ansonsten hermetisch geschlossen ausgebildet ist.
9. Separator (1 ) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach dem Oberbe griffs des Anspruchs 1 in Kombination mit einem der Unteransprüche 2 bis8 oder nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) als ein ganz oder abschnittsweise nicht eigensteifer, formverän derlicher Behälter ausgebildet ist.
10. Separator (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter oder zumindest abschnittsweise wie ein Beutel ausgebildet ist.
1 1. Separator (1 ) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter abschnittsweise einen oder mehrere eigensteife Abschnitte aufweist und abschnittsweise einen oder mehrere nicht eigensteife Abschnitte.
12. Separator (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der oder die nicht eigensteifen Abschnitte eigensteifen Abschnitte verbin den.
13. Separator (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter an seinen beiden axialen Enden jeweils einen der eigensteifen Abschnitte aufweist.
14. Separator (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die nicht eigensteifen Abschnitte oder der insgesamt nicht eigen steife Behälter im Betrieb mittels eines Hilfsmittels in einen Zustand versetzt wer den, in dem sichergestellt ist, das der insgesamt nicht eigensteife Behälter (10) oder der oder die nicht eigensteifen Abschnitte die Trommel (20) im Betrieb nicht direkt berührt/berühren.
15. Separator (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmittel als ein Gerüst ausgestaltet ist, mit dem oder an dem der Behälter aufgespannt gehalten ist.
16. Separator (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst als ein außerhalb des Gehäuses (10) angeordnetes Gerüst ausgestaltet ist, an dem innen Behälter in einem aufgespannten Zustand gehalten ist.
17. Separator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) aus einem Kunststoff oder einem Kunststoff Ver bundwerkstoff besteht.
18. Separator (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Trommel (20) überwiegend, vorzugsweise bis auf eine oder mehre re Komponenten des Antriebs aus einem Kunststoff oder einem Kunststoff Ver bundwerkstoff besteht.
19. Verwendung eines Separators nach einem oder mehreren der vorstehenden An sprüche für einen Einmalbetrieb zur Verarbeitung einer begrenzten Menge von zentrifugal zu verarbeitender Suspension.
EP19718724.8A 2019-02-26 2019-04-24 Separator Active EP3930910B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/054662 WO2020173545A1 (de) 2019-02-26 2019-02-26 Separator
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