EP4299188A1 - Zentrifuge, verfahren zum betrieb einer zentrifuge und computerlesbares medium - Google Patents

Zentrifuge, verfahren zum betrieb einer zentrifuge und computerlesbares medium Download PDF

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Publication number
EP4299188A1
EP4299188A1 EP22182396.6A EP22182396A EP4299188A1 EP 4299188 A1 EP4299188 A1 EP 4299188A1 EP 22182396 A EP22182396 A EP 22182396A EP 4299188 A1 EP4299188 A1 EP 4299188A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
centrifuge
valve
temperature
compressor
difference
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22182396.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckhard Tödteberg
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.)
Sartorius Stedim Biotech GmbH
Sigma Laborzentrifugen GmbH
Original Assignee
Sartorius Stedim Biotech GmbH
Sigma Laborzentrifugen 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 Sartorius Stedim Biotech GmbH, Sigma Laborzentrifugen GmbH filed Critical Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority to EP22182396.6A priority Critical patent/EP4299188A1/de
Priority to PCT/EP2023/066700 priority patent/WO2024002794A1/de
Publication of EP4299188A1 publication Critical patent/EP4299188A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/02—Other accessories for centrifuges for cooling, heating, or heat insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges

Definitions

  • the invention relates to a centrifuge.
  • the centrifuge is preferably a flow-through centrifuge in which at least one medium is at least temporarily supplied to a centrifugation chamber and/or removed from it while the centrifugation chamber rotates.
  • the at least one medium is in particular the medium to be centrifuged, a rinsing liquid, a buffer solution or a modified medium extracted from the centrifuged medium or a sediment in the centrifugation chamber.
  • the flow centrifuge may be a blood centrifuge in which the medium to be centrifuged is blood and the extracted modified medium or sediment is blood bodies or particles, or may be a centrifuge, by means of which cells, microcarriers or other particles contained in the medium are to be obtained from a medium.
  • the centrifuged medium is not a pure liquid, but rather the medium is a solution or suspension with particles such as cells, cell debris or parts, etc.
  • a flow centrifuge is used, for example, for the production of biopharmaceutical or biotechnological products in biopharmaceutical companies or in bio-processing applications.
  • the flow centrifuge can be used, for example, to obtain and/or clarify the cells or microcarriers, whereby the cells obtained in this way can be used for cell therapy.
  • Other areas of application include (but are not limited to) the production of vaccines or the processing of blood to obtain blood cells.
  • Such flow centrifuges are made, for example, by the company Sartorius AG, Otto-Brenner-Strckee 20, 37079 Göttingen, Germany, and affiliated companies under the label "Ksep” (registered trademark), see also www.sartorius.com/en/products/process-filtration/cell-harvesting/ksep-systems (date of inspection: June 28, 2022).
  • a rotor of such a flow centrifuge has in particular four centrifugation chambers, which can be designed as bags held on the rotor body and are evenly distributed over the circumference.
  • the centrifugation chambers are arranged radially at a distance from the axis of rotation of the rotor.
  • a first connection line opens into a centrifugation chamber radially on the inside, while a second connection line opens into the centrifugation chamber on the radial outside.
  • a first medium for example blood, is supplied to the centrifugation chamber via the second connection line while the centrifugation chamber rotates with the rotor.
  • the centrifugation chamber particles contained in the medium as a result of centrifugation are deposited radially on the outside, while the residual medium (i.e. the medium supplied radially on the outside reduced by the particles pushed radially outwards) is removed from the centrifugation chamber radially on the inside via the first connecting line.
  • the first connecting line is a discharge line
  • the second connecting line is a supply line.
  • the proportion of particles and their concentration in the centrifugation chamber increases until it is largely or completely filled with the particles.
  • the particles are washed in the centrifugation chamber. For this purpose, a washing or buffer solution is fed into the centrifugation chamber via the second connection line.
  • the washing or buffer solution flushes through the centrifugation chamber and is discharged radially on the inside via the first connection line.
  • the centrifugation chamber rotates with the rotor, so that as a result of the centrifugation force acting, the particles are prevented from exiting the centrifugation chamber with the washing or buffer solution via the first connection line.
  • the first connection line serves as a discharge line for the washing or buffer solution, while the first connection line serves as a supply line for the washing or buffer solution.
  • the centrifugation chamber continues to be rotated with the rotor.
  • the direction of flow through the centrifugation chamber is reversed and the particles are discharged from the centrifugation chamber via the second connection line removed while washing or buffer solution is fed into the centrifugation chamber via the first connection line.
  • the third operating phase ends when all particles have been removed from the centrifugation chamber. This is followed by successive further cycles with the three operating phases explained.
  • Such flow centrifuges for which the invention can be used are, for example EP 3 936 601 A1 , EP 2 310 486 B1 , EP 2 485 846 B1 , US 4,216,770 , US 4,419,089 , US 4,389,206 and US 5,665,048 known.
  • the centrifuge affected by the invention has a horizontal axis of rotation, whereby an exchange of the media (e.g. blood, a washing fluid and particles) can take place during centrifugation in the area of the rotating rotor shaft.
  • the flow centrifuge designed in this way can be, for example, a blood centrifuge in which blood is centrifuged as the medium.
  • the invention further relates to a method for operating such a centrifuge and a computer-readable medium.
  • EP 2 814 617 B1 provides the following information on the state of the art for cooling a laboratory centrifuge: During centrifugation, especially in very quickly rotating laboratory centrifuges, heat is generated in the centrifuge bowl by air friction and the introduction of electrical power loss during the rotation of the centrifuge rotor. Since the centrifuge bowl is closed with a lid to prevent the material to be centrifuged from escaping, this heat input cannot be easily dissipated and leads to an increase in the temperature of the material to be centrifuged. However, this increase in temperature is undesirable because it can lead to the centrifuged samples being destroyed or unusable.
  • the samples must be kept at a defined temperature, for example temperatures of 4 °C, 22 °C or 37 °C depending on the application. Therefore, precautions have already been taken in the past to avoid an increase in the temperature of the material to be centrifuged, with indirect cooling often being used. With this indirect cooling, the rotor is usually in the Centrifuge bowl enclosed under the centrifuge lid and no cooling channel or the like is provided. The air therefore only circulates within the centrifuge bowl. Cooling is now achieved by a second medium that is guided past the outside of the boiler or in the boiler wall.
  • a refrigerant circuit with a compressor, pipes and a heat exchanger is often provided, by means of which a special refrigerant is guided past the boiler via pipes which, for example, lie spirally on the centrifuge boiler, ie the side walls and the bottom of the boiler, in order to transport away heat .
  • a refrigerant undergoes phase changes during its passage through the refrigerant circuit, namely usually from liquid to gaseous. With such a refrigerant it is also possible to control the temperature of refrigerated goods that have a temperature below the ambient temperature.
  • refrigerant circuit it is also possible to cool the sample to a temperature below the temperature of the ambient air.
  • refrigerant circuits 1 have an evaporator 2, which is usually guided in a ring around the centrifuge boiler 3, a compressor 4, a condenser 5 and an expansion device 6 (cf. Fig. 1 ).
  • the expansion device 6 is designed for the highest possible load case, i.e.
  • thermostatic injection valve 7 (abbreviated “TEV”) is formed.
  • TSV thermostatic injection valve 7
  • this thermostatic injection valve 7 is used to independently increase or throttle the refrigerant flow in the refrigerant circuit 1 at the evaporator inlet VE, depending on the determined temperature.
  • EP 2 814 617 B1 a refrigerant circuit 1 (cf. Fig. 2 ), in which the expansion device 6 is designed as an electronically continuously or discretely controllable throttle (which can also be designed as an electronic injection valve 11).
  • Temperature sensors 12, 13, 14 record the temperatures of the refrigerant at the input VE of the centrifuge boiler 3, the actual temperature in the centrifuge boiler 3 and the temperature at the output VA of the centrifuge boiler 3.
  • the electronic control unit controls the electronic injection valve 11 and the controllable compressor 4 for temperature control.
  • a bypass line 15 connects the connecting line 16 between the electronic injection valve 11 and the evaporator 2 with the connecting line 17 between the outlet of the compressor 4 and the evaporator 2.
  • An electronic injection valve 18 is arranged in the bypass line 15. It is possible that the electronic control unit also controls the electronic injection valve 18.
  • a switchover between coarse control and fine control takes place as required as follows: The coarse control is used when starting the laboratory centrifuge until the actual temperature is within the tolerance range for a specified period of time. The switchover then takes place and the fine control is generally maintained during further operation. Coarse control only resumes if the actual temperature leaves the tolerance range despite the fine control. During the rough control, only the compressor 4 is regulated, without the electronically controlled injection valves 11, 18 being regulated.
  • the performance of the compressor 4 is not changed during the fine control.
  • a regulation then takes place via the regulation of the electronic injection valve 11.
  • the electronic injection valve 11 is regulated on the basis of three different criteria. First there is a downregulation [or Up-regulation] of the electronic injection valve 11 if a trend of the actual temperature of the centrifuge vessel 3 falls in a predetermined trend period [or. increases], thereby reducing the flow of the refrigerant [or is increased].
  • An opening of the electronic injection valve 11 is also controlled when the temperature of the refrigerant at the inlet VE of the evaporator 2 is smaller than a predetermined threshold value of the temperature at the inlet VE of the evaporator 2, this opening being maintained until the temperature is again greater than the specified temperature threshold. This is intended to prevent the compressor 4 from being operated in the vacuum range. Finally, the difference in temperatures at the output of the compressor VA and at the inlet of the compressor VE is also monitored. This should be between 0 K and 1 K in order to keep the utilization of the evaporator 2 at a maximum and to prevent liquid refrigerant from getting into the compressor 4. If the difference is not reached, the electronic injection valve 11 is closed further and/or the compressor frequency is reduced.
  • the invention is based on the object of improving the structure of a centrifuge and a method for operating the same with regard to the possibilities of reacting to an undesirable reduction in the temperature in the centrifuge bowl. Furthermore, the invention lies the task is to propose a computer-readable medium with control logic for a correspondingly improved process.
  • the invention relates to a centrifuge which has a centrifuge bowl. Furthermore, the centrifuge has a refrigerant circuit in which a refrigerant circulates, which preferably undergoes a phase change in the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit is used to cool the centrifuge boiler with the aim of ensuring a target temperature within a tolerance range in the centrifuge boiler.
  • the temperature in the centrifuge bowl is recorded (directly or indirectly) using a temperature sensor.
  • the temperature sensor can be arranged in a wall of the centrifuge bowl or a lid of the centrifuge, in particular as close as possible to the centrifuge chamber of the centrifuge bowl or immediately adjacent to it.
  • the temperature sensor it is also possible for the temperature sensor to be integrated into the rotor or a centrifuge container held on the rotor for the material to be centrifuged (see also the disclosure in EP 3 560 592 A1 ).
  • the refrigerant circuit used in the invention has a compressor whose speed, frequency and/or power can be regulated. Furthermore, the refrigerant circuit has a condenser, in particular a condenser. An adjustable expansion device is also arranged in the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit also has an evaporator that delivers cold to the centrifuge boiler. For example, the evaporator can surround the centrifuge bowl with a line or this can be integrated into a wall of the centrifuge bowl.
  • the adjustable expansion device is preferably arranged upstream of the evaporator.
  • the adjustable relaxation device can be used to control the flow of the Refrigerant and / or the relaxation of the same and thus the design of the pressure and temperature conditions of the refrigerant in the low-pressure part and in the area of the evaporator can be influenced.
  • the adjustable relaxation device can be designed passively and in particular be a thermostatic injection valve or can be designed actively, in particular in the form of an electronically controlled throttle device or other electronically controlled relaxation device.
  • a connecting line of the compressor with the condenser is connected via a bypass line to the connecting line between the expansion device and the evaporator.
  • the bypass line preferably bridges the condenser and the adjustable expansion device.
  • the bypass line can create a connection between the high-pressure part and the low-pressure part of the refrigerant circuit.
  • an electronically controlled valve that controls the flow through the bypass line is arranged in the bypass line.
  • the invention proposes that an electronic control unit with control logic be equipped in the centrifuge.
  • the control logic monitors a difference between a predetermined target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects, i.e. the actual temperature in the centrifuge bowl. If this difference is greater than a predetermined threshold value, the valve arranged in the bypass line is controlled by the control unit in such a way that the flow through the bypass line is increased. This is preferably the case when a minimum output of the compressor has already been controlled by the control unit and/or the expansion device has been controlled by the control unit in such a way that the maximum absorption of heat occurs by the evaporator.
  • the valve is therefore preferably activated to increase the flow through the bypass line when the conventional measures to avoid a reduction in the temperature in the centrifuge vessel have already been exhausted and the target temperature still falls below the threshold value (which without the measures according to the invention may require the compressor to be switched off).
  • the activation of the valve causes more refrigerant to flow from the high-pressure side to the low-pressure side to a point upstream of the evaporator. This increases the amount of warmer refrigerant on the high-pressure side, which is mixed into the low-pressure side at the entrance to the evaporator, which ultimately means that less heat can be removed from the centrifuge boiler by the evaporator. In this way one can become too strong Reduction in the temperature in the centrifuge boiler can be counteracted, which is also possible without having to switch off the compressor or requiring a further or excessive reduction in the performance of the compressor.
  • valve arranged in the bypass line in terms of design (e.g. seat valve, slide valve,...), the operating positions (continuous operating positions; discrete operating positions of any number) and the control options, as long as the valve is controlled by the electronic control unit can be. All suitable valves that are known from the prior art can be used.
  • the valve is designed as a 2/2-way solenoid valve, which has a larger opening position and a smaller opening position. It is possible, for example, that the smaller opening position is a blocking position and the larger opening position is a passage position. In this case, the valve is basically in the blocking position in which the bypass line is closed.
  • the 2/2-way solenoid valve controlled by the control unit into the open position.
  • the 2/2-way solenoid valve can assume its blocking position without electrical excitation from the control unit, while electrical excitation is possible to switch to the open position.
  • the stable position of the valve which can only be left by electrical excitation, can be secured by a spring.
  • the valve can be designed as a bistable valve, which maintains an open position on the one hand and a blocking position on the other hand, without the valve having to be energized. Electrical excitation of the valve is then only required to change the valve position in both directions.
  • the criteria for controlling the 2/2-way solenoid valve into the open position There are different options for the criteria for controlling the 2/2-way solenoid valve into the open position. It is possible, for example, for the 2/2-way solenoid valve to be controlled into the open position until the difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is again smaller than the threshold value or any other , temperature correlating with the target temperature.
  • the control logic controls the 2/2-way solenoid valve from the blocking position to the open position for a predetermined period of time.
  • the predetermined period of time can be dependent on operating parameters of the centrifuge, which can relate to a speed of the centrifuge, an ambient temperature of the centrifuge, the current material to be centrifuged and / or the type of centrifuge rotor used, to name just a few examples that do not limit the invention. It is also possible that during the operation of the centrifuge and under certain circumstances over a large number of operating cycles, the time period for which the valve is controlled into the open position by the control logic is learned.
  • any expansion device can be used, which can therefore also be an electronically controlled expansion valve or an electronically controlled throttle.
  • a passive thermostatic injection valve is used as an expansion device within the scope of the invention.
  • a compressor of any design can be used in the centrifuge according to the invention.
  • a rotary piston compressor is preferably used, the operation of which has, on the one hand, proven to be very advantageous with regard to undesirable vibrations and, on the other hand, can also be advantageous with regard to the operation of environmentally friendly refrigerants.
  • a valve can be used that has several different opening cross sections.
  • the valve can have several discrete operating positions that correlate with the different opening cross sections. It is also possible for the valve to have continuously different opening cross sections, wherein the different opening cross sections may or may not have a completely closed position and/or a completely open position.
  • the valve can be designed as a proportional valve, which continuously enables different opening cross sections depending on the electrical excitation. It is also possible for the valve to provide several different opening cross sections, in which the valve is designed as a pulse width modeled valve, in which the duty cycle for the pulse width modulation correlates with the opening cross section.
  • the control unit has control logic which brings about a larger opening cross section in the event that the difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is greater than a threshold value.
  • the increase in the opening cross-section depends on the amount Difference, a rate of change of the difference and / or the period of time that the difference is greater than the threshold value. It is possible, for example, that initially only a small increase in the opening of the valve is brought about. If the control logic of the control unit then determines that the temperature in the centrifuge bowl is still too low, the opening can be further enlarged.
  • the opening cross-section or the size thereof can also be controlled based on the operating parameters of the centrifuge, in particular the actual temperature in the centrifuge bowl.
  • the control logic of the control unit can work in two different modes for a proposal of the invention:
  • a normal operating mode occurs when the amount of the difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is smaller than the threshold value (or a second threshold).
  • the control logic carries out control or regulation exclusively by means of the adjustable expansion device and/or by means of the controllable compressor.
  • the valve In the normal operating mode, the valve is in a first position.
  • An exception operating mode occurs when the amount of the difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is greater than the threshold value (or the aforementioned second threshold value).
  • the control logic controls the valve into a second position that deviates from the first position.
  • the opening cross section of the valve is smaller than the opening cross section of the valve in the second position. If a 2/2-way solenoid valve is used as the valve, the first position can be the blocking position, while the second position can then be the open position. However, if other configurations of the valve with an opening cross section that can be changed continuously or in discrete steps are used, any partial opening can take place in the first position and/or second position.
  • the compressor in the centrifuge is operated permanently during operation of the laboratory centrifuge, with the speed always corresponding to at least a minimum speed during operation.
  • the design according to the invention can therefore avoid the need to switch off the operation of the compressor, which is advantageous on the one hand with regard to the operation and service life as well as the lubrication conditions of the compressor and on the other hand is advantageous in order to avoid undesirable mixing of the centrifuged material as a result of stopping and restarting the compressor.
  • a further solution to the problem on which the invention is based is a method for operating a centrifuge.
  • the centrifuge is basically constructed as previously explained in the various refinements and further developments.
  • the test is first carried out as to whether a difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is greater than a threshold value. If this test shows that the difference is greater than the threshold value, the flow through the bypass line is increased in the method according to the invention.
  • the flow of the refrigerant through the evaporator is controlled or regulated (also or exclusively) by a passive thermostatic injection valve.
  • the refrigerant is conveyed in the refrigerant circuit by means of a rotary piston compressor.
  • the valve is controlled into several different opening cross sections (continuously or in discrete stages). If a difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is greater than a threshold value, the opening cross section is increased. The enlargement and the extent of the enlargement take place depending on the amount of the difference determined, the rate of change of the difference and/or the period of time over which the difference is greater than the threshold value.
  • a check can also be carried out as to whether the amount of the difference between the target temperature in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor detects is smaller than the threshold value (or a second, different threshold value). If this is the case, the centrifuge is operated in a normal operating mode. In the normal operating mode, control or regulation takes place by means of the adjustable expansion device and/or by means of the compressor. In the normal operating mode, the valve is in a first position. However, if the amount of the difference is greater than the threshold value (or the second threshold value), the centrifuge is operated in an exceptional operating mode. In the exceptional operating mode, the valve is controlled into a second position that deviates from the first position.
  • the threshold value or a second, different threshold value
  • the opening cross section of the valve is smaller than the opening cross section of the valve in the second position.
  • the compressor is operated permanently during operation of the centrifuge, with the speed always corresponding to at least a minimum speed during this operation.
  • a further solution to the problem underlying the invention is a computer-readable medium which has control logic for carrying out a method for operating a centrifuge, as explained above.
  • control logic on such a computer-readable medium, it is possible, for example, to subsequently enable the method according to the invention to be carried out on an existing centrifuge or to upgrade the control software.
  • Fig. 3 shows schematically a centrifuge 19 with a centrifuge boiler 3 and a refrigerant circuit 1, in which a compressor 4, a condenser 5, an expansion device 6, which can be designed as a thermostatic injection valve 7 or an electronically controlled expansion device or throttle 11, and an evaporator 2 in this Order are connected to each other in a circle.
  • a connecting line 17 between the compressor 4 and the condenser 5 is connected via a bypass line 15 with an electronically controlled valve 20 arranged therein to a connecting line 16 between the expansion device 6 and the evaporator 2.
  • the expansion device 6 is designed as a thermostatic injection valve 7, this preferably has a spring 9 and the pressure-controlled temperature detection 8 with the sensor 10 (cf. Fig. 1 and the state of the art listed at the beginning).
  • a method according to the invention is in Fig. 4 shown.
  • the centrifuge 19 is operated in a normal operating mode 21.
  • the temperature in the centrifuge boiler 3 is regulated in a method step 22.
  • the flow of the refrigerant and the size of the opening or the throttling effect of the expansion device 6 are initially regulated. This can be done in a passive manner, as shown , if a thermostatic injection valve 7 is used as the expansion device 6.
  • the temperature in the centrifuge bowl 3 to be determined by means of a temperature sensor 23 and for an electronic injection valve or an electronic throttle 11 to be activated as required by means of a control unit.
  • the temperature can be controlled or regulated by controlling the controllable compressor 4 using the control unit.
  • a determination of a difference between a predetermined target temperature is carried out in the centrifuge bowl and the temperature that the temperature sensor 23 detects (i.e. an actual temperature, whereby the measured temperature can also be corrected or converted in the actual temperature in the centrifuge chamber within the centrifuge bowl 3 or an estimate of this actual temperature).
  • this difference is then compared with a threshold value, which can be, for example, 5 K, 3 K or 1 K. If the difference is smaller than the threshold value and thus the actual temperature is less than the threshold value smaller than the target temperature, the normal operating mode 21 can be continued by returning to method step 22.
  • the valve 20 is controlled by the control unit in such a way that the flow in the bypass line 15 is increased. It is possible that the valve 20 is designed as a 2/2-way solenoid valve. In this case, in method step 27, the 2/2-way solenoid valve 28 is activated in such a way that it is transferred from the blocking position to the open position.
  • a method step 29 in order to increase the actual temperature, which can be done, for example, by suitable control of the controllable compressor 4 and/or control of the expansion device 6. It is possible that this state is then maintained for a predetermined period of time. Immediately or after the period of time, a method step 30 checks whether the difference between the target temperature and the actual temperature is still greater than the threshold value. If this is the case, the exceptional operating mode 26 continues to be maintained and in method step 27 the valve 20 is opened, opened further than before or the opening state of the valve 20 is maintained. If, on the other hand, the actual temperature has increased to such an extent that it is smaller than the target temperature by a maximum of the threshold value, a return to the normal operating mode 21 occurs, whereby the method steps 22, 24, 25 are then carried out again.
  • valve 20 in the bypass line 15 the valve 20 is connected in parallel with a line section that has a predetermined passage cross section or a throttle with a predetermined throttle cross section, whereby a permanent flow through the bypass line 15 is ensured by means of this line section.
  • the flow guaranteed in this way can be additionally influenced depending on the opening position of the valve 20.
  • the valve 20 can be designed as a 2/2-way solenoid valve or as any other discreetly or continuously adjustable valve.
  • the compressor 4 is preferably designed as a rotary piston compressor 31.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge (19), insbesondere eine Durchflusszentrifuge, eine biotechnische Zentrifuge oder eine Blutzentrifuge. Die Zentrifuge (19) verfügt über einen Kältemittelkreislauf (1). Erfindungsgemäß ist die Ausgangseite eines regelbaren Verdichters (4) über eine Bypassleitung (15) mit einem darin angeordneten Ventil (20) mit einer Eingangsseite eines Verdampfers (2) verbunden. In einem Normalbetriebsmodus erfolgt die Kühlung eines Zentrifugenkessels (3) bei geschlossenem Ventil (20) ausschließlich über die Regelung des Verdichters (4) und einer Entspannungseinrichtung (6). Wird hingegen ein Toleranzbereich der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) unterstrichen, wird das Ventil (20) geöffnet, um eine Erwärmung und damit eine Rückführung der Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) in den Toleranzbereich herbeizuführen.

Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge.
  • Bei der Zentrifuge handelt es sich vorzugsweise um eine Durchflusszentrifuge, bei der zumindest temporär einer Zentrifugationskammer mindestens ein Medium zugeführt wird und/oder aus dieser abgeführt wird, während die Zentrifugationskammer rotiert. Bei dem mindestens einen Medium handelt es sich insbesondere um das zu zentrifugierende Medium, eine Spülflüssigkeit, eine Buffer-Lösung oder ein aus dem zentrifugierten Medium extrahiertes, modifiziertes Medium oder ein Sediment in der Zentrifugationskammer. Um lediglich einige die Erfindung nicht beschränkende Beispiele zu nennen, kann es sich bei der Durchflusszentrifuge um eine Blutzentrifuge handeln, bei der das zu zentrifugierende Medium Blut ist und das extrahierte modifizierte Medium oder das Sediment Blutkörper oder -partikel sind, oder um eine Zentrifuge handeln, mittels welcher aus einem Medium Zellen, Mikroträger oder anderweitige, in dem Medium enthaltene Partikel gewonnen werden sollen. Möglich ist auch, dass es sich bei dem zentrifugierten Medium nicht um eine reine Flüssigkeit handelt, sondern das Medium eine Lösung oder Suspension mit Partikeln wie Zellen, Zelltrümmern oder -teilen usw. ist. Eine derartige Durchflusszentrifuge findet beispielsweise Einsatz für die Erzeugung biopharmazeutischer oder biotechnologischer Produkte in biopharmazeutischen Unternehmen oder in bio-verarbeitenden Anwendungen. Die Durchflusszentrifuge kann dabei bspw. der Gewinnung und/oder Klärung der Zellen oder Mikroträger dienen, wobei die derart gewonnenen Zellen Einsatz finden können für eine Zelltherapie. Weitere Anwendungsgebiete sind (ohne Beschränkung hierauf) die Herstellung von Impfstoffen oder die Bearbeitung von Blut zwecks Gewinnung von Blutkörpern. Derartige Durchflusszentrifugen werden bspw. von dem Unternehmen Sartorius AG, Otto-Brenner-Straße 20, 37079 Göttingen, Deutschland, und verbundenen Unternehmen unter der Kennzeichnung "Ksep" (eingetragene Marke) vertrieben, vgl. auch
    www.sartorius.com/en/products/process-filtration/cell-harvesting/ksep-systems (Datum der Einsichtnahme: 28.06.2022).
  • Ein Rotor einer derartigen Durchflusszentrifuge weist insbesondere vier Zentrifugationskammern auf, die als an dem Rotorkörper gehaltene Beutel ausgebildet sein können und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die Zentrifugationskammern sind dabei radial beabstandet von der Rotationsachse des Rotors angeordnet. Eine erste Anschlussleitung mündet radial innenliegend in eine Zentrifugationskammer, während eine zweite Anschlussleitung radial außenliegend in die Zentrifugationskammer mündet. In einer ersten Betriebsphase wird ein beispielsweise als Blut ausgebildetes erstes Medium über die zweite Anschlussleitung der Zentrifugationskammer zugeführt, während die Zentrifugationskammer mit dem Rotor rotiert. In der Zentrifugationskammer lagern sich infolge der Zentrifugation in dem Medium enthaltene Partikel radial außenliegend ab, während aus der Zentrifugationskammer radial innenliegend über die erste Anschlussleitung das Restmedium (also das radial außenliegend zugeführte Medium vermindert um die radial nach außen gedrängten Partikel) abgeführt wird. In dieser ersten Betriebsphase ist somit die erste Anschlussleitung eine Abführleitung, während die zweite Anschlussleitung eine Zuführleitung ist. Mit Fortsetzung dieses Betriebs erhöht sich der Anteil der Partikel und deren Konzentration in der Zentrifugationskammer, bis diese weitestgehend oder vollständig mit den Partikeln gefüllt ist. In einer folgenden optionalen zweiten Betriebsphase erfolgt ein Waschen der Partikel in der Zentrifugationskammer. Zu diesem Zweck wird eine Wasch- oder Bufferlösung über die zweite Anschlussleitung in die Zentrifugationskammer geleitet. Die Wasch- oder Bufferlösung durchspült die Zentrifugationskammer und wird radial innenliegend über die erste Anschlussleitung abgeführt. Auch in dieser Betriebsphase rotiert die Zentrifugationskammer mit dem Rotor, so dass infolge der wirkenden Zentrifugationskraft die Partikel daran gehindert sind, mit der Wasch- oder Bufferlösung über die erste Anschlussleitung aus der Zentrifugationskammer auszutreten. Auch während der zweiten Betriebsphase dient die erste Anschlussleitung als Abführleitung für die Wasch- oder Bufferlösung, während die erste Anschlussleitung als Zuführleitung für die Wasch- oder Bufferlösung dient. In einer anschließenden dritten Betriebsphase erfolgt weiterhin die Verdrehung der Zentrifugationskammer mit dem Rotor. In der dritten Betriebsphase wird die Durchströmungsrichtung durch die Zentrifugationskammer umgekehrt und die Partikel werden über die zweite Anschlussleitung aus der Zentrifugationskammer entnommen, während über die erste Anschlussleitung Wasch- oder Bufferlösung in die Zentrifugationskammer nachgeführt wird. Die dritte Betriebsphase endet dann, wenn sämtliche Partikel aus der Zentrifugationskammer entnommen sind. Hieran schließen sukzessive weitere Zyklen mit den erläuterten drei Betriebsphasen an.
  • Derartige Durchflusszentrifuge, für die die Erfindung Anwendung finden kann, sind bspw. aus EP 3 936 601 A1 , EP 2 310 486 B1 , EP 2 485 846 B1 , US 4,216,770 , US 4,419,089 , US 4,389,206 und US 5,665,048 bekannt.
  • Möglich ist, dass die von der Erfindung betroffene Zentrifuge über eine horizontale Rotationsachse verfügt, wobei ein Austausch der Medien (bspw. Blut, ein Waschfluid und Partikel) während der Zentrifugation im Bereich der rotierenden Rotorwelle erfolgen kann. Die derart ausgebildete Durchflusszentrifuge kann beispielsweise eine Blutzentrifuge sein, bei der als Medium Blut zentrifugiert wird.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Zentrifuge und ein computerlesbares Medium.
    • STAND DER TECHNIK
  • EP 2 814 617 B1 gibt folgende Informationen zum Stand der Technik zur Kühlung einer Laborzentrifuge:
    Bei der Zentrifugation, insbesondere in sehr schnell drehenden Laborzentrifugen, entsteht während der Drehung des Zentrifugenrotors im Zentrifugenkessel Wärme durch Luftreibung und Einleitung elektrischer Verlustleistung. Da der Zentrifugenkessel zum Verhindern eines Austrittes von Zentrifugiergut mit einem Deckel verschlossen ist, kann dieser Wärmeeintrag nicht ohne weiteres abgeführt werden und führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Zentrifugiergutes. Diese Temperaturerhöhung ist jedoch unerwünscht, da sie zu einer Zerstörung bzw. Unbrauchbarkeit der zentrifugierten Proben führen kann. Üblicherweise müssen die Proben auf einer definierten Temperatur gehalten werden, beispielsweise je nach Anwendung auf Temperaturen von 4 °C, 22 °C oder 37 °C. Daher wurden schon in der Vergangenheit Vorkehrungen zur Vermeidung einer Erhöhung der Temperatur des Zentrifugiergutes getroffen, wobei häufig eine mittelbare Kühlung eingesetzt wird. Bei dieser mittelbaren Kühlung ist der Rotor zumeist im Zentrifugenkessel unter dem Zentrifugendeckel eingeschlossen und es ist kein Kühlkanal oder dergleichen vorgesehen. Die Luft zirkuliert daher nur innerhalb des Zentrifugenkessels. Eine Kühlung wird nun durch ein zweites Medium erreicht, das an der Außenseite des Kessels vorbeigeführt oder in der Kesselwand geführt wird. Hierzu wird häufig ein Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, Rohren und einem Wärmetauscher vorgesehen, mittels derer ein spezielles Kältemittel über Rohrleitungen, die beispielsweise spiralförmig an dem Zentrifugenkessel, d. h. den Seitenwänden und den Boden des Kessels, anliegen, an dem Kessel vorbeigeführt wird, um Wärme abzutransportieren. Im Gegensatz zu "Kühlmitteln", wie sie beispielsweise für den Kühlwasserkreislauf von PKW eingesetzt werden, durchläuft ein Kältemittel während des Durchgangs durch den Kältemittelkreislauf Phasenänderungen, nämlich üblicherweise von flüssig nach gasförmig. Mit einem solchen Kältemittel ist auch eine Temperierung eines Kühlgutes, welches eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur hat, möglich. Mittels eines Kältemittelkreislaufes ist auch eine Abkühlung des Probengutes auf eine Temperatur unter die Temperatur der Umgebungsluft möglich. Derartige Laborzentrifugen sind beispielsweise aus DE 38 18 584 A1 oder JP 2011 255330 A bekannt. Solche Kältemittelkreisläufe 1 weisen einen Verdampfer 2 auf, der zumeist ringförmig um den Zentrifugenkessel 3 herumgeführt wird, einen Verdichter 4, einen Verflüssiger 5 und eine Entspannungseinrichtung 6 (vgl. Fig. 1). Die Entspannungseinrichtung 6 ist dabei auf den größtmöglichen Lastfall, also die Maximaldrehzahl des Zentrifugenrotors (nicht dargestellt), ausgelegt, wobei schon bekannt ist, dass die Entspannungseinrichtung 6 (Druckausgleichselement zwischen Hoch- und Niederdruckteil des Kältemittelkreislaufs 1 bei Stillstand des Verdichters 4) als Kapillarrohr oder thermostatisches Einspritzventil 7 (abgekürzt auch "TEV") ausgebildet ist. Im Zusammenhang mit einer druckgesteuerten Temperaturerfassung 8 nach dem Verdampfer 3 wird dieses thermostatische Einspritzventil 7 dazu verwendet, in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur selbständig am Verdampfereingang VE den Kältemittelfluss im Kältemittelkreislauf 1 zu steigern oder zu drosseln. Hierzu ist eine Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang VA erforderlich, so dass ein Überdruck entsteht, der direkt auf eine Feder 9 des thermostatischen Einspritzventils 7 geleitet wird, um dieses zu betätigen. Genauer gesagt besteht am Verdampferausgang VA eine gewisse Temperatur. Am Verdampferausgang VA ist der Fühler 10 des thermostatischen Einspritzventils 7 befestigt, in welchem ebenfalls ein Kältemittel enthalten ist, welches dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 1 entsprechen kann. Aufgrund der Temperatur am Verdampferausgang VA hat das Kältemittel einen entsprechenden Druck, welcher sich dann auf das thermostatische Einspritzventil 7 und die Gegenkraft der Feder 9 auswirkt und somit das thermostatische Einspritzventil 7 öffnet oder schließt. Über ein weiteres Regelglied, welches hier ein frequenz- oder drehzahlgeregelter Verdichter 4 ist, können andere Lastfälle teilweise, aber meist nur ungenau geregelt werden. Dadurch, dass zur Funktion des thermostatischen Einspritzventils 7 eine Überhitzung des Kältemittels erforderlich ist, kann die Verdampferleistung nicht vollständig ausgenutzt werden, wobei nur ca. 95 % der Verdampferfläche genutzt werden können. Aufgrund der erforderlichen Überhitzung liegt zwischen Verdampfereingang VE und Verdampferausgang VA eine Temperaturdifferenz von ca. 7 K vor. Ein weiterer wesentlicher Nachteil solcher bekannten Kältemittelkreisläufe 1 bei Zentrifugen besteht darin, dass die Verdichter 4 nur relativ ungenau und in gewissen Grenzen in ihrer Leistung gesteuert werden können, so dass bei verschiedenen Teillastfällen und Geringlastfällen der Verdichter 4 ggf. ganz ausgeschaltet werden muss. Dies ist allerdings nicht immer möglich, weil Verdichter 4 üblicherweise eine Mindestlaufzeit besitzen, um den internen Ölkreislauf sicher zu stellen. Im Gegenzug besteht wegen der stärkeren Erwärmung des Antriebsmotors des Verdichters 4 im Anlauf und dem notwendigen Druckausgleich oder einer Druckdifferenzminderung zwischen Hoch- und Niederdruckteil auch eine gewisse Mindestruhezeit für solche Verdichter 4, weshalb die Regelungsmöglichkeiten über den Verdichter 4 insbesondere im unteren Leistungsbereich stark begrenzt sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Start oder Halt des Verdichters 4 eines Kältemittelkreislaufs 1 Erschütterungen entstehen. Diese Erschütterungen beeinflussen das Betriebsverhalten der Zentrifuge, erhöhen die Rückmischrate im Rotor nach Stillstand der Zentrifuge und haben Auswirkungen auf benachbart aufgestellte Laborgeräte und dergleichen. Schließlich wird durch häufiges Aus- und Einschalten des Verdichters 4 dessen Lebensdauer verkürzt.
  • Vor diesem Hintergrund schlägt EP 2 814 617 B1 einen Kältemittelkreislauf 1 vor (vgl. Fig. 2), bei dem die Entspannungseinrichtung 6 als elektronisch kontinuierlich oder diskret steuerbare Drossel (die auch als elektronisches Einspritzventil 11 ausgebildet sein kann) ausgebildet ist. Temperatursensoren 12, 13, 14 erfassen die Temperaturen des Kältemittels am Eingang VE des Zentrifugenkessels 3, die Ist-Temperatur in dem Zentrifugenkessel 3 und die Temperatur am Ausgang VA des Zentrifugenkessels 3. Einer elektronischen Steuereinheit werden die Temperatursignale der Temperatursensoren 12, 13, 14, eine Solltemperatur des Zentrifugenkessels 3 und ein Toleranzbereich der Ist-Temperatur des Zentrifugenkessels 3 bezüglich der Solltemperatur (insbesondere ± 5 K) zugeführt. Die elektronische Steuereinheit steuert das elektronische Einspritzventil 11 und den steuerbaren Verdichter 4 für die Temperaturregelung an. Eine Bypassleitung 15 verbindet die Verbindungsleitung 16 zwischen dem elektronischen Einspritzventil 11 und dem Verdampfer 2 mit der Verbindungsleitung 17 zwischen dem Ausgang des Verdichters 4 und dem Verdampfer 2. In der Bypassleitung 15 ist ein elektronisches Einspritzventil 18 angeordnet. Möglich ist, dass die elektronische Steuereinheit auch das elektronische Einspritzventil 18 ansteuert. Gemäß EP 2 814 617 B1 erfolgt bedarfsgerecht eine Umschaltung zwischen einer Grobregelung und einer Feinregelung wie folgt: Die Grobregelung findet Einsatz beim Start der Laborzentrifuge, bis die Ist-Temperatur für eine vorgegebene Zeitspanne innerhalb des Toleranzbereichs liegt. Dann erfolgt die Umschaltung und grundsätzliche Beibehaltung der Feinregelung während des weiteren Betriebs. Lediglich dann, wenn trotz der Feinregelung die Ist-Temperatur den Toleranzbereich verlässt, erfolgt eine Wiederaufnahme der Grobregelung. Während der Grobregelung erfolgt ausschließlich eine Regelung des Verdichters 4, ohne dass eine Regelung der elektronisch gesteuerten Einspritzventile 11, 18 erfolgt. Hingegen wird während der Feinregelung die Leistung des Verdichters 4 nicht verändert. Es erfolgt dann eine Regelung über die Regelung des elektronischen Einspritzventils 11. Hierbei erfolgt während der Feinregelung eine Regelung des elektronischen Einspritzventils 11 auf Grundlage von drei unterschiedlichen Kriterien. Zunächst erfolgt ein Herunterregeln [bzw. Heraufregeln] des elektronischen Einspritzventils 11, wenn eine Tendenz der Ist-Temperatur des Zentrifugenkessels 3 in einem vorgegebenen Tendenzzeitraum abfällt [bzw. ansteigt], womit der Fluss des Kältemittels reduziert wird [bzw. erhöht wird]. Eine Öffnung des elektronischen Einspritzventils 11 wird auch dann ausgesteuert, wenn die Temperatur des Kältemittels an dem Eingang VE des Verdampfers 2 kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert der Temperatur am Eingang VE des Verdampfers 2, wobei diese Öffnung so lange aufrecht erhalten wird, bis die Temperatur wieder größer ist als der vorgegebene Schwellwert der Temperatur. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass der Verdichter 4 im Vakuumbereich betrieben wird. Schließlich wird auch die Differenz der Temperaturen am Ausgang des Verdichters VA und am Eingang des Verdichters VE überwacht. Diese sollte zwischen 0 K und 1 K liegen, um die Auslastung des Verdampfers 2 maximal zu halten und zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel in den Verdichter 4 gelangt. Falls die Differenz unterschritten wird, wird das elektronische Einspritzventil 11 weiter geschlossen und/oder die Verdichterfrequenz wird verringert.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer Zentrifuge und ein Verfahren zum Betrieb derselben hinsichtlich der Möglichkeiten einer Reaktion auf eine unerwünschte Verringerung der Temperatur in dem Zentrifugenkessel zu verbessern. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein computerlesbares Medium mit Steuerlogik für ein entsprechend verbessertes Verfahren vorzuschlagen.
    • LÖSUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
    • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, die über einen Zentrifugenkessel verfügt. Des Weiteren weist die Zentrifuge einen Kältemittelkreislauf auf, in dem ein Kältemittel zirkuliert, welches vorzugsweise in dem Kältemittelkreislauf eine Phasenänderung erfährt. Der Kältemittekreislauf dient der Kühlung des Zentrifugenkessels mit dem Ziel, in dem Zentrifugenkessel eine Soll-Temperatur innerhalb eines Toleranzbereichs zu gewährleisten.
  • In der Zentrifuge wird (unmittelbar oder mittelbar) die Temperatur in dem Zentrifugenkessel mittels eines Temperatursensors erfasst. Um lediglich einige, die Erfindung nicht beschränkende Beispiele zu nennen, kann der Temperatursensor in einer Wandung des Zentrifugenkessels oder einem Deckel der Zentrifuge angeordnet sein, insbesondere möglichst dicht an der Zentrifugenkammer des Zentrifugenkessels oder mit unmittelbarer Angrenzung an dieselbe. Möglich ist aber auch, dass der Temperatursensor in den Rotor oder einen an dem Rotor gehaltenen Zentrifugenbehälter für das Zentrifugiergut integriert ist (vgl. auch die Offenbarung in EP 3 560 592 A1 ).
  • Der im Rahmen der Erfindung eingesetzte Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter auf, der hinsichtlich seiner Drehzahl, Frequenz und/oder Leistung regelbar ist. Des Weiteren verfügt der Kältemittelkreislauf über einen Verflüssiger, insbesondere einen Kondensator. In dem Kältemittelkreislauf ist des Weiteren eine einstellbare Entspannungseinrichtung angeordnet. Der Kältemittelkreislauf verfügt auch über einen Verdampfer, der Kälte an den Zentrifugenkessel abgibt. So kann beispielsweise der Verdampfer mit einer Leitung den Zentrifugenkessel umgeben oder diese kann in eine Wandung des Zentrifugenkessels integriert sein. In dem Kältemittelkreislauf ist die einstellbare Entspannungseinrichtung vorzugsweise stromaufwärts des Verdampfers angeordnet. Mittels der einstellbaren Entspannungseinrichtung kann eine Steuerung des Flusses des Kältemittels und/oder die Entspannung desselben und damit die Gestaltung der Druck- und Temperaturverhältnisse des Kältemittels in dem Niederdruckteil und im Bereich des Verdampfers beeinflusst werden. Die einstellbare Entspannungseinrichtung kann dabei passiv ausgebildet sein und insbesondere ein thermostatisches Einspritzventil sein oder aktiv ausgebildet sein, insbesondere in Form einer elektronisch gesteuerten Drosseleinrichtung oder anderweitigen elektronisch gesteuerten Entspannungseinrichtung.
  • Erfindungsgemäß ist eine Verbindungleitung des Verdichters mit dem Verflüssiger über eine Bypassleitung mit der Verbindungsleitung zwischen der Entspannungseinrichtung und dem Verdampfer verbunden. Vorzugsweise überbrückt die Bypassleitung den Verflüssiger und die einstellbare Entspannungseinrichtung. Hierbei kann die Bypassleitung eine Verbindung zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil des Kältemittelkreislaufes schaffen. Zur Steuerung dieser Verbindung ist in der Bypassleitung ein den Durchfluss durch die Bypassleitung steuerndes elektronisch gesteuertes Ventil angeordnet.
  • Die Erfindung schlägt vor, dass in der Zentrifuge eine elektronische Steuereinheit mit Steuerlogik ausgestattet ist. Die Steuerlogik überwacht eine Differenz einer vorgegebenen Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, also die Ist-Temperatur in dem Zentrifugenkessel. Ist diese Differenz größer als ein vorgegebener Schwellwert, so wird das in der Bypassleitung angeordnete Ventil durch die Steuereinheit so angesteuert, dass der Durchfluss durch die Bypassleitung erhöht wird. Dies ist vorzugweise dann der Fall, wenn bereits eine minimale Leistung des Verdichters von der Steuereinheit ausgesteuert worden ist und/oder die Entspannungseinrichtung durch die Steuereinheit so angesteuert worden ist, dass die maximale Aufnahme von Wärme durch den Verdampfer erfolgt. Somit erfolgt vorzugsweise die Ansteuerung des Ventils zur Erhöhung des Durchflusses durch die Bypassleitung dann, wenn die herkömmlichen Maßnahmen zur Vermeidung einer Verringerung der Temperatur in dem Zentrifugenkessel bereits ausgereizt sind und dennoch eine Unterschreitung der Soll-Temperatur um den Schwellwert erfolgt (die ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen unter Umständen die Abschaltung des Verdichters erfordern könnte). In diesem Fall führt die Ansteuerung des Ventils dazu, dass mehr Kältemittel von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite an eine Stelle stromeingangs des Verdampfers gelangt. Damit wird die Menge des wärmeren Kältemittels auf der Hochdruckseite, die in die Niederdruckseite eingangs des Verdampfers eingemischt wird, erhöht, was letzten Endes dazu führt, dass von dem Verdampfer weniger Wärme aus dem Zentrifugenkessel abgeführt werden kann. Auf diese Weise kann somit einer zu starken Verringerung der Temperatur in dem Zentrifugenkessel entgegengewirkt werden, was auch möglich ist, ohne dass eine Abschaltung des Verdichters erfolgen muss oder eine weitere oder zu starke Verringerung der Leistung des Verdichters erforderlich ist.
  • Grundsätzlich gibt es für das in der Bypassleitung angeordnete Ventil hinsichtlich der Bauart (bspw. Sitzventil, Schieberventil,...), der Betriebsstellungen (kontinuierliche Betriebsstellungen; diskrete Betriebsstellungen beliebiger Anzahl) und der Ansteuerungsmöglichkeiten vielfältige Möglichkeiten, solange das Ventil durch die elektronische Steuereinheit angesteuert werden kann. Es können sämtliche hierfür geeignete Ventile, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, Einsatz finden. Für einen Vorschlag der Erfindung ist das Ventil als ein 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet, welches eine größere Öffnungsstellung und eine kleinere Öffnungsstellung aufweist. Möglich ist bspw., dass die kleinere Öffnungsstellung eine Sperrstellung ist und die größere Öffnungsstellung eine Durchlassstellung ist. In diesem Fall befindet sich das Ventil grundsätzlich in der Sperrstellung, in der die Bypassleitung geschlossen ist. Lediglich dann, wenn die Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, größer ist als der Schwellwert, wird das 2/2-Wege-Magnetventil von der Steuereinheit in die Durchlassstellung gesteuert. Hierbei kann das 2/2-Wege-Magnetventil ohne elektrische Anregung durch die Steuereinheit seine Sperrstellung einnehmen, während für die Umschaltung in die Durchlassstellung eine elektrische Erregung möglich ist. Möglich ist aber auch eine umgekehrte Auslegung des Ventils, sodass dieses mit der elektrischen Erregung in die Sperrstellung überführt wird. In diesem Fall kann die stabile Stellung des Ventils, die nur durch die elektrische Erregung verlassen werden kann, mittels einer Feder gesichert sein. Für eine andere Ausführungsform kann das Ventil als bistabiles Ventil ausgebildet sein, welches eine einmal herbeigeführte Durchlassstellung einerseits und Sperrstellung andererseits beibehält, ohne dass eine Erregung des Ventils erforderlich ist. Lediglich für den Wechsel der Ventilstellung in beide Richtungen ist dann eine elektrische Erregung des Ventils erforderlich.
  • Für die Kriterien für eine Steuerung des 2/2-Wege-Magnetventils in die Durchlassstellung gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Möglich ist beispielsweise, dass eine Steuerung des 2/2-Wege-Magnetventils solange in die Durchlassstellung erfolgt, bis die Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, wieder kleiner ist als der Schwellwert oder eine beliebige andere, mit der Soll-Temperatur korrelierende Temperatur. Für eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuerlogik das 2/2-Wege-Magnetventil für eine vorbestimmte Zeitspanne von der Sperrstellung in die Durchlassstellung. Hierbei kann die vorbestimmte Zeitspanne abhängig sein von Betriebsparametern der Zentrifuge, die eine Drehzahl der Zentrifuge, eine Umgebungstemperatur der Zentrifuge, das aktuelle Zentrifugiergut und/oder die Art des eingesetzten Rotors der Zentrifuge betreffen können, um nur einige die Erfindung nicht beschränkende Beispiele zu nennen. Möglich ist auch, dass während des Betriebs der Zentrifuge und auch unter Umständen einer Vielzahl von Betriebszyklen ein Anlernen der Zeitspanne erfolgt, für welche das Ventil durch die Steuerlogik in die Durchlassstellung gesteuert wird.
  • Im Rahmen der Erfindung kann ein beliebige Entspannungseinrichtung Einsatz finden, welche somit auch ein elektronisch gesteuertes Entspannungsventil oder ein elektronisch gesteuerte Drossel sein kann. Für eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung findet im Rahmen der Erfindung als Entspannungseinrichtung ein passives thermostatisches Einspritzventil Einsatz.
  • In der erfindungsgemäßen Zentrifuge kann ein Verdichter beliebiger Bauart Einsatz finden. Vorzugsweise findet ein Rollkolbenverdichter Einsatz, dessen Betrieb sich einerseits sehr vorteilhaft hinsichtlich der unerwünschten Vibrationen herausgestellt hat und andererseits auch hinsichtlich des Betriebs umweltverträglicher Kältemittel vorteilhaft sein kann.
  • Für eine Lösung der Erfindung kann anstelle der Ausgestaltung des Ventils als 2/2-Wege-Magnetventil ein Ventil Einsatz finden, welches mehrere unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweist. Hierbei kann das Ventil mehrere diskrete Betriebsstellungen aufweisen, die mit den unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten korrelieren. Ebenfalls möglich ist, dass das Ventil kontinuierlich unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweist, wobei die unterschiedlichen Öffnungsquerschnitte eine vollständige Schließstellung und/oder eine vollständige Öffnungsstellung aufweisen können oder nicht. Beispielsweise kann das Ventil als Proportionalventil ausgebildet sein, welches kontinuierlich unterschiedliche Öffnungsquerschnitte je nach elektrischer Erregung ermöglicht. Möglich ist auch, dass das Ventil mehrere unterschiedliche Öffnungsquerschnitte bereitstellt, in dem das Ventil als pulsweitenmodelliertes Ventil ausgebildet ist, bei dem das Tastverhältnis für die Pulsweitenmodulation korreliert mit dem Öffnungsquerschnitt. Für derartige Ausgestaltungen weist die Steuereinheit Steuerlogik auf, die für den Fall, dass die Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, größer ist als ein Schwellwert, einen größeren Öffnungsquerschnitt herbeiführt. Die Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes hängt in diesem Fall aber ab von dem Betrag der Differenz, einer Änderungsgeschwindigkeit der Differenz und/oder der Zeitspanne, die die Differenz größer ist als der Schwellwert. Möglich ist beispielsweise, dass zunächst lediglich eine geringe Vergrößerung der Öffnung des Ventils herbeigeführt wird. Stellt dann die Steuerlogik der Steuereinheit fest, dass weiterhin die Temperatur in dem Zentrifugenkessel zu niedrig ist, kann eine weitere Vergrößerung der Öffnung erfolgen. Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Steuerung des Öffnungsquerschnittes oder eine Regelung der Größe desselben auf Grundlage der Betriebsparameter der Zentrifuge, insbesondere der Ist-Temperatur in dem Zentrifugenkessel, erfolgen.
  • Die Steuerlogik der Steuereinheit kann für einen Vorschlag der Erfindung in zwei unterschiedlichen Modi arbeiten: Ein Normalbetriebsmodus liegt dabei vor, wenn der Betrag der Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, kleiner ist als der Schwellwert (oder ein zweiter Schwellwert). In dem Normalbetriebsmodus nimmt die Steuerlogik eine Steuerung oder Regelung ausschließlich mittels der einstellbaren Entspannungseinrichtung und/oder mittels des regelbaren Verdichters vor. In dem Normalbetriebsmodus befindet sich das Ventil in einer ersten Stellung. Ein Ausnahmebetriebsmodus liegt vor, wenn der Betrag der Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, größer ist als der Schwellwert (oder der vorgenannte zweite Schwellwert). In dem Ausnahmebetriebsmodus steuert die Steuerlogik das Ventil in eine von der ersten Stellung abweichende zweite Stellung. Vorzugsweise erfolgt in dem Ausnahmebetriebsmodus keine zusätzliche Steuerung oder Regelung mittels der einstellbaren Entspannungseinrichtung und/oder mittels des Verdichters. Für diesen Vorschlag der Erfindung ist in der ersten Stellung des Ventils der Öffnungsquerschnitt des Ventils kleiner als der Öffnungsquerschnitt des Ventils in der zweiten Stellung. Findet als Ventil ein 2/2-Wege-Magnetventil Einsatz, kann es sich bei der ersten Stellung um die Sperrstellung handeln, während es sich dann bei der zweiten Stellung um die Durchlassstellung handeln kann. Finden hingegen andere Ausgestaltungen des Ventils mit kontinuierlich oder in diskreten Stufen veränderbaren Öffnungsquerschnitt Einsatz, kann in der ersten Stellung und/oder zweiten Stellung eine beliebige Teilöffnung erfolgen.
  • Für einen Vorschlag der Erfindung wird in der Zentrifuge der Verdichter während des Betriebs der Laborzentrifuge permanent betrieben, wobei während des Betriebs die Drehzahl immer mindestens einer minimalen Drehzahl entspricht. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit das Erfordernis eines Abschaltens des Betriebs des Verdichters vermieden werden, was vorteilhaft einerseits hinsichtlich des Betriebs und der Lebensdauer sowie der Schmierbedingungen des Verdichters ist und andererseits vorteilhaft ist, um eine unerwünschte Durchmischung des Zentrifugiergutes in Folge des Stoppens und Wiederanlaufens des Verdichters zu vermeiden.
  • Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe stellt ein Verfahren zum Betrieb einer Zentrifuge dar. Hierbei ist die Zentrifuge grundsätzlich so aufgebaut, wie dies zuvor in den unterschiedlichen Ausgestaltungen und Weiterbildungen erläutert worden ist. In einem Verfahrensschritt erfolgt zunächst eine Durchführung der Prüfung, ob eine Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, größer ist als ein Schwellwert. Ergibt diese Prüfung, dass die Differenz größer ist als der Schwellwert, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Durchfluss durch die Bypassleitung erhöht.
  • Für einen Vorschlag der Erfindung erfolgt in dem Verfahren die Steuerung oder Regelung des Durchflusses des Kältemittels durch den Verdampfer (auch oder ausschließlich) durch ein passives thermostatisches Einspritzventil.
  • Möglich ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Kältemittelkreislauf das Kältemittel mittels eines Rollkolbenverdichters gefördert wird.
  • Des Weiteren ist möglich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Ventil in mehrere unterschiedliche Öffnungsquerschnitte (kontinuierlich oder in diskreten Stufen) gesteuert wird. Ist dann eine Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, größer als ein Schwellwert, wird eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts herbeigeführt. Hierbei erfolgt die Vergrößerung und das Ausmaß der Vergrößerung in Abhängigkeit des Betrags der ermittelten Differenz, der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz und/oder der Zeitspanne, die die Differenz größer ist als der Schwellwert.
  • Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Prüfung durchgeführt werden, ob der Betrag der Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor erfasst, kleiner ist als der Schwellwert (oder ein zweiter anderer Schwellwert). Ist dies der Fall, wird die Zentrifuge in einem Normalbetriebsmodus betrieben. In dem Normalbetriebsmodus erfolgt eine Steuerung oder Regelung mittels der einstellbaren Entspannungseinrichtung und/oder mittels des Verdichters. In dem Normalbetriebsmodus befindet sich das Ventil in einer ersten Stellung. Ist hingegen der Betrag der Differenz größer als der Schwellwert (oder der zweite Schwellwert), wird die Zentrifuge in einem Ausnahmebetriebsmodus betrieben. In dem Ausnahmebetriebsmodus wird das Ventil in eine von der ersten Stellung abweichende zweite Stellung gesteuert. In dem Ausnahmebetriebsmodus erfolgt dabei vorzugsweise keine Steuerung oder Regelung mittels der einstellbaren Entspannungseinrichtung oder mittels des Verdichters. Für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens ist in der ersten Stellung des Ventils der Öffnungsquerschnitt des Ventils kleiner als der Öffnungsquerschnitt des Ventils in der zweiten Stellung.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verdichter während des Betriebs der Zentrifuge permanent betrieben, wobei während dieses Betriebs die Drehzahl immer mindestens einer minimalen Drehzahl entspricht.
  • Eine weitere Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe stellt ein computerlesbares Medium dar, welches Steuerlogik aufweist für die Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Zentrifuge, wie dieses zuvor erläutert worden ist. Mit der Steuerlogik auf einem derartigen computerlesbaren Medium kann beispielsweise eine nachträgliche Ermöglichung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer vorhandenen Zentrifuge oder ein Upgrade der Steuersoftware erfolgen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
  • Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
  • Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Ventil oder einer Entspannungseinrichtung die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Ventil oder eine Entspannungseinrichtung, zwei Ventile oder zwei Entspannungseinrichtungen oder mehr Ventile oder mehr Entspannungseinrichtungen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die der Gegenstand des jeweiligen Patentanspruchs aufweist.
  • Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
    • Fig. 1
    zeigt schematisch eine Laborzentrifuge mit einem Kältemittelkreislauf gemäß dem Stand der Technik.
    Fig. 2
    zeigt schematisch eine Laborzentrifuge mit einem Kältemittelkreislauf gemäß EP 2 814 617 B1 .
    Fig. 3
    zeigt schematisch eine Zentrifuge mit einem Kältemittelkreislauf.
    Fig.4
    zeigt schematisch ein Verfahren zum Betrieb einer Zentrifuge mit einem Kältemittelkreislauf.
    FIGURENBESCHREIBUNG
  • Fig. 3 zeigt schematisch eine Zentrifuge 19 mit einem Zentrifugenkessel 3 und einem Kältemittelkreislauf 1, in dem ein Verdichter 4, ein Verflüssiger 5, eine Entspannungseinrichtung 6, welches als thermostatisches Einspritzventil 7 oder elektronisch gesteuerte Entspannungseinrichtung oder Drossel 11 ausgebildet sein kann, und ein Verdampfer 2 in dieser Reihenfolge in einem Kreis miteinander verbunden sind. Eine Verbindungsleitung 17 zwischen dem Verdichter 4 und dem Verflüssiger 5 ist über eine Bypassleitung 15 mit darin angeordnetem elektronisch gesteuerten Ventil 20 mit einer Verbindungsleitung 16 zwischen der Entspannungseinrichtung 6 und dem Verdampfer 2 verbunden. Ist die Entspannungseinrichtung 6 als thermostatisches Einspritzventil 7 ausgebildet, verfügt dieses vorzugsweise über eine Feder 9 und die druckgesteuerte Temperaturerfassung 8 mit dem Fühler 10 (vgl. Fig. 1 und den eingangs angeführten Stand der Technik).
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist in Fig. 4 dargestellt. Zunächst wird (ggf. nach einem Hochlaufen des Betriebs der Zentrifuge 19) die Zentrifuge 19 in einem Normalbetriebsmodus 21 betrieben. In dem Normalbetriebsmodus 21 erfolgt in einem Verfahrensschritt 22 eine Reglung der Temperatur in dem Zentrifugenkessel 3. Bei dieser Regelung erfolgt zunächst eine Regelung des Flusses des Kältemittels und der Größe der Öffnung oder der Drosselwirkung der Entspannungseinrichtung 6. Dies kann, wie dargestellt auf passive Weise erfolgen, wenn als Entspannungseinrichtung 6 ein thermostatisches Einspritzventil 7 eingesetzt ist. Möglich ist aber auch, dass mittels eines Temperatursensors 23 die Temperatur in dem Zentrifugenkessel 3 ermittelt wird und bedarfsgerecht mittels einer Steuereinheit ein elektronisches Einspritzventil oder eine elektronische Drossel 11 angesteuert wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Steuerung oder Regelung der Temperatur erfolgen durch Ansteuerung des regelbaren Verdichters 4 mittels der Steuereinheit. In einem Verfahrensschritt 24, der im Zuge der vorgenannten Steuerung oder Regelung stattfinden kann, erfolgt eine Ermittlung einer Differenz einer vorgegebenen (beispielsweise vom Nutzer eingegebenen und in der Steuereinheit abgelegten oder eines aus einem Kennfeld für die gewählten Betriebsdaten ausgelesenen) Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel und der Temperatur, die der Temperatursensor 23 erfasst (also eine Ist-Temperatur, wobei die gemessene Temperatur auch korrigiert oder umgerechnet werden kann in die Ist-Temperatur in der Zentrifugenkammer innerhalb des Zentrifugenkessels 3 oder eine Schätzung dieser Ist-Temperatur). In einem Verfahrensschritt 25 wird dann diese Differenz verglichen mit einem Schwellwert, der beispielsweise 5 K, 3 K oder 1 K betragen kann. Ist die Differenz kleiner als der Schwellwert und somit die Ist-Temperatur weniger als um den Schwellwert kleiner als die Soll-Temperatur, kann der Normalbetriebsmodus 21 fortgesetzt werden, in dem wieder zu dem Verfahrensschritt 22 zurückgekehrt wird.
  • Ist hingegen die Differenz der Soll-Temperatur und der Ist-Temperatur größer als der Schwellwert und somit die Ist-Temperatur mehr als um den Schwellwert kleiner als die Soll-Temperatur, erfolgt ein Wechsel von dem Normalbetriebsmodus 21 zu einem Ausnahmebetriebsmodus 26. In dem Ausnahmebetriebsmodus 26 wird in einem Verfahrensschritt 27 das Ventil 20 von der Steuereinheit so angesteuert, dass der Durchfluss in der Bypassleitung 15 erhöht wird. Möglich ist, dass das Ventil 20 als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist. In diesem Fall erfolgt in dem Verfahrensschritt 27 eine Ansteuerung des 2/2-Wege-Magnetventils 28 derart, dass dieses von der Sperrstellung in die Durchlassstellung überführt wird. Optional möglich ist, dass in einem Verfahrensschritt 29 weitere Maßnahmen getroffen werden, um die Ist-Temperatur zu erhöhen, was beispielsweise durch geeignete Ansteuerung des regelbaren Verdichters 4 und/oder Ansteuerung der Entspannungseinrichtung 6 erfolgen kann. Möglich ist, dass dieser Zustand dann für eine vorbestimmte Zeitspanne aufrechterhalten wird. Unmittelbar oder nach der Zeitspanne wird in einem Verfahrensschritt 30 geprüft, ob die Differenz der Soll-Temperatur von der Ist-Temperatur weiterhin größer ist als der Schwellwert. Ist dies der Fall, wird weiterhin der Ausnahmebetriebsmodus 26 aufrecht erhalten und in dem Verfahrensschritt 27 wird das Ventil 20 geöffnet, weiter als zuvor geöffnet oder der Öffnungszustand des Ventils 20 wird Aufrechterhalten. Ist hingegen die Ist-Temperatur derart angestiegen, dass diese maximal um den Schwellwert kleiner ist als die Soll-Temperatur, erfolgt eine Rückkehr in den Normalbetriebsmodus 21, womit dann wieder die Verfahrensschritte 22, 24, 25 ausgeführt werden.
  • Möglich ist auch, dass in der Bypassleitung 15 das Ventil 20 parallelgeschaltet ist mit einem Leitungsabschnitt, der einen vorbestimmten Durchlassquerschnitt oder eine Drossel mit einem vorbestimmten Drosselquerschnitt aufweist, womit mittels dieses Leitungsabschnitts ein permanenter Durchfluss durch die Bypassleitung 15 gewährleistet ist. In diesem Fall kann der so gewährleistete Durchfluss je nach Öffnungsstellung des Ventils 20 zusätzlich beeinflusst werden. Auch in diesem Fall kann das Ventil 20 als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet sein oder als beliebig anderweitiges diskret oder kontinuierlich verstellbares Ventil.
  • Vorzugsweise ist der Verdichter 4 als Rollkolbenverdichter 31 ausgebildet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Kältemittelkreislauf
    2
    Verdampfer
    3
    Zentrifugenkessel
    4
    Verdichter
    5
    Verflüssiger
    6
    Entspannungseinrichtung
    7
    thermostatisches Einspritzventil
    8
    druckgesteuerte Temperaturerfassung
    9
    Feder
    10
    Füller
    11
    elektronisch gesteuerte Entspannungseinrichtung oder elektronisch gesteuerte Drossel
    12
    Temperatursensor
    13
    Temperatursensor
    14
    Temperatursensor
    15
    Bypassleitung
    16
    Verbindungsleitung
    17
    Verbindungsleitung
    18
    elektronisch gesteuertes Einspritzventil
    19
    Zentrifuge
    20
    Ventil
    21
    Normalbetriebsmodus
    22
    Verfahrensschritt
    23
    Temperatursensor
    24
    Verfahrensschritt
    25
    Verfahrensschritt
    26
    Ausnahmebetriebsmodus
    27
    Verfahrensschritt
    28
    2/2-Wege-Magnetventil
    29
    Verfahrensschritt
    30
    Verfahrensschritt
    31
    Rollkolbenverdichter

Claims (14)

  1. Zentrifuge (19), insbesondere Durchflusszentrifuge, biotechnische Zentrifuge oder Blutzentrifuge, mit
    a) einem Zentrifugenkessel (3),
    b) einem Kältemittelkreislauf (1) mit einem zirkulierenden Kältemittel und
    c) einem Temperatursensor (23), der eine Temperatur erfasst, die mit der Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) zumindest korreliert,
    wobei
    c) der Kältemittelkreislauf (1)
    ca) einen regelbaren Verdichter (4),
    cb) einen Verflüssiger (5),
    cc) eine veränderbare Entspannungseinrichtung (6) und
    cd) einen Kälte an den Zentrifugenkessel (3) abgebenden Verdampfer (2) aufweist,
    d) eine Verbindungsleitung (17) des Verdichters (4) mit dem Verflüssiger (5) über eine Bypassleitung (15) mit einer Verbindungsleitung (16) zwischen der Entspannungseinrichtung (6) und dem Verdampfer (2) verbunden ist und
    e) in der Bypassleitung (15) ein den Durchfluss steuerndes elektronisch gesteuertes Ventil (20) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    f) eine elektronische Steuereinheit vorhanden ist, die Steuerlogik aufweist, die für den Fall, dass eine Differenz
    - der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3)und
    - der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst,
    größer ist als ein Schwellwert, das Ventil (20) so ansteuert, dass der Durchfluss durch die Bypassleitung (15) erhöht wird.
  2. Zentrifuge (19) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das Ventil (20) ein 2/2-Wege-Magnetventil (28) mit einer größeren Öffnungsstellung und einer kleineren Öffnungsstellung, insbesondere mit einer Durchlassstellung und einer Sperrstellung, ist und
    b) die Steuereinheit Steuerlogik aufweist, die für den Fall, dass eine Differenz
    - der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und
    - der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst,
    größer ist als ein Schwellwert, das 2/2-Wege-Magnetventil (28) von der kleineren Öffnungsstellung in die größere Öffnungsstellung steuert, wobei die Steuerlogik vorzugsweise das 2/2-Wege-Magnetventil (28) für eine vorbestimmte Zeitspanne von der kleineren Öffnungsstellung in die größere Öffnungsstellung steuert.
  3. Zentrifuge (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungseinrichtung (6) ein passives thermostatisches Einspritzventil (7) ist.
  4. Zentrifuge (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (4) ein Rollkolbenverdichter (31) ist.
  5. Zentrifuge (19) nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, das Ventil mehrere unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweist und die Steuereinheit Steuerlogik aufweist, die für den Fall, dass eine Differenz
    - der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und
    - der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst,
    größer ist als ein Schwellwert, einen größeren Öffnungsquerschnitt herbeiführt in Abhängigkeit eines Betrags der Differenz, einer Änderungsgeschwindigkeit der Differenz und/oder der Zeitspanne, die die Differenz größer ist als der Schwellwert.
  6. Zentrifuge (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit Steuerlogik aufweist, die
    a) in einem Normalbetriebsmodus (21), in dem der Betrag der Differenz
    - der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und
    - der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst,
    kleiner ist als der Schwellwert oder ein zweiter Schwellwert, eine Steuerung und/oder Regelung mittels der Entspannungseinrichtung (6) und/oder mittels des Verdichters (4) vornimmt, während sich das Ventil (20) in einer ersten Stellung befindet, und
    b) in einem Ausnahmebetriebsmodus (26), in dem der Betrag der Differenz
    - der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und
    - der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst,
    größer ist als der Schwellwert oder der zweite Schwellwert, das Ventil (20) in eine von der ersten Stellung abweichende zweite Stellung steuert, wobei in dem Ausnahmebetriebsmodus (26) vorzugsweise keine Steuerung und/oder Regelung mittels der Entspannungseinrichtung (6) und/oder mittels des Verdichters (4) erfolgt,
    c) wobei in der ersten Stellung des Ventils (20) der Öffnungsquerschnitt des Ventils (20) kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des Ventils (20) in der zweiten Stellung.
  7. Zentrifuge (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (4) während des Betriebs der Zentrifuge (19) permanent betrieben wird, wobei während des Betriebs die Drehzahl immer mindestens einer minimalen Drehzahl entspricht.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Zentrifuge (19), insbesondere einer Durchflusszentrifuge, einer biotechnischen Zentrifuge oder Blutzentrifuge, mit einem Zentrifugenkessel (3), einem Kältemittelkreislauf (1) mit einem zirkulierenden Kältemittel und einem Temperatursensor (23), der eine Temperatur erfasst, die mit der Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) zumindest korreliert, wobei der Kältemittelkreislauf (1) einen regelbaren Verdichter (4), einen Verflüssiger (5), eine Entspannungseinrichtung (6) und einen Kälte an den Zentrifugenkessel (3) abgebenden Verdampfer (2) aufweist, eine Verbindungsleitung (17) des Verdichters (4) mit dem Verflüssiger (5) über eine Bypassleitung (15) mit der Verbindungsleitung (16) zwischen der Entspannungseinrichtung (6) und dem Verdampfer (2) verbunden ist und in der Bypassleitung (15) ein den Durchfluss steuerndes elektronisch gesteuertes Ventil (20) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist,
    a) Durchführung der Prüfung, ob eine Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst, größer ist als ein Schwellwert,
    b) für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass die Differenz größer ist als der Schwellwert, Erhöhen des Durchflusses durch die Bypassleitung (15).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss des Kältemittels durch den Verdampfer (2) durch ein passives thermostatisches Einspritzventil (7) gesteuert oder geregelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kältemittelkreislauf (1) das Kältemittel mittels eines Rollkolbenverdichter (31) gefördert wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das Ventil (20) in mehrere unterschiedliche Öffnungsquerschnitte gesteuert wird und
    b) geprüft wird, ob eine Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst, größer ist als ein Schwellwert, und wenn dies der Fall ist, eine Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts des Ventils (20) herbeiführt wird in Abhängigkeit des Betrags der Differenz, einer Änderungsgeschwindigkeit der Differenz und/oder der Zeitspanne, die die Differenz größer ist als der Schwellwert.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfung durchgeführt wird, ob der Betrag der Differenz der Soll-Temperatur in dem Zentrifugenkessel (3) und der Temperatur, die der Temperatursensors (23) erfasst, kleiner ist als der Schwellwert oder ein zweiter Schwellwert, und
    a) wenn dies der Fall ist, die Zentrifuge (19) in einem Normalbetriebsmodus (21) betrieben wird, in dem eine Steuerung und/oder Regelung mittels der Entspannungseinrichtung (6) und/oder mittels des Verdichters (4) erfolgt, während sich das Ventil (20) in einer ersten Stellung befindet, und
    b) wenn dies nicht der Fall ist, die Zentrifuge (19) in einem Ausnahmebetriebsmodus (26) betrieben wird, in dem das Ventil (20) in eine von der ersten Stellung abweichende zweite Stellung gesteuert wird, wobei in dem Ausnahmebetriebsmodus (26) vorzugsweise keine Steuerung und/oder Regelung mittels der Entspannungseinrichtung (6) und/oder mittels des Verdichters (4) erfolgt,
    wobei in der ersten Stellung des Ventils (20) der Öffnungsquerschnitt des Ventils (20) kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt des Ventils (20) in der zweiten Stellung.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (4) während des Betriebs der Zentrifuge (19) permanent betrieben wird, wobei während des Betriebs die Drehzahl immer mindestens einer minimalen Drehzahl entspricht.
  14. Computerlesbares Medium mit Steuerlogik zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Zentrifuge (19), insbesondere einer Durchflusszentrifuge, einer biotechnischen Zentrifuge oder einer Blutzentrifuge, nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4216770A (en) 1979-02-09 1980-08-12 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Sickle cell therapeutic treatment
US4389206A (en) 1980-10-09 1983-06-21 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Centrifugal processing apparatus and rotatable processing bowl apparatus
US4419089A (en) 1977-07-19 1983-12-06 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Blood cell separator
EP0295377A2 (de) * 1987-06-16 1988-12-21 Maschinenfabrik Berthold Hermle Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Temperaturregelung insbesondere bei Kühlzentrifugen
DE3818584A1 (de) 1988-06-01 1989-12-14 Hermle Kg Berthold Kuehlvorrichtung fuer eine zentrifuge
US5665048A (en) 1995-12-22 1997-09-09 Jorgensen; Glen Circumferentially driven continuous flow centrifuge
JP2010008022A (ja) * 2008-06-30 2010-01-14 Tomy Ltd 冷凍回路及び遠心分離機
JP2011255330A (ja) 2010-06-10 2011-12-22 Hitachi Koki Co Ltd 遠心分離機
EP2310486B1 (de) 2008-07-16 2017-01-04 kSep Systems, LLC Verfahren und systeme zur manipulation von partikeln unter verwendung einer wirbelschicht
EP2485846B1 (de) 2009-10-06 2019-07-17 Sartorius Stedim North America Inc. Verfahren, systeme und vorrichtung zur manipulation von partikeln
EP3560592A2 (de) 2018-03-28 2019-10-30 Sigma Laborzentrifugen GmbH Laborzentrifuge, zentrifugenbehälter für eine laborzentrifuge und verfahren zum betrieb eines zentrifugenbehälters
EP2814617B1 (de) 2012-02-13 2020-01-22 Eppendorf AG Laborzentrifuge mit kompressorkühleinrichtung und verfahren zur steuerung einer kompressorkühleinrichtung einer laborzentrifuge
EP3936601A1 (de) 2020-07-06 2022-01-12 Sartorius Stedim Biotech GmbH Klärungseinrichtung einer bioverarbeitungsanlage

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4419089A (en) 1977-07-19 1983-12-06 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Blood cell separator
US4216770A (en) 1979-02-09 1980-08-12 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Sickle cell therapeutic treatment
US4389206A (en) 1980-10-09 1983-06-21 Baxter Travenol Laboratories, Inc. Centrifugal processing apparatus and rotatable processing bowl apparatus
EP0295377A2 (de) * 1987-06-16 1988-12-21 Maschinenfabrik Berthold Hermle Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Temperaturregelung insbesondere bei Kühlzentrifugen
DE3818584A1 (de) 1988-06-01 1989-12-14 Hermle Kg Berthold Kuehlvorrichtung fuer eine zentrifuge
US5665048A (en) 1995-12-22 1997-09-09 Jorgensen; Glen Circumferentially driven continuous flow centrifuge
JP2010008022A (ja) * 2008-06-30 2010-01-14 Tomy Ltd 冷凍回路及び遠心分離機
EP2310486B1 (de) 2008-07-16 2017-01-04 kSep Systems, LLC Verfahren und systeme zur manipulation von partikeln unter verwendung einer wirbelschicht
EP2485846B1 (de) 2009-10-06 2019-07-17 Sartorius Stedim North America Inc. Verfahren, systeme und vorrichtung zur manipulation von partikeln
JP2011255330A (ja) 2010-06-10 2011-12-22 Hitachi Koki Co Ltd 遠心分離機
EP2814617B1 (de) 2012-02-13 2020-01-22 Eppendorf AG Laborzentrifuge mit kompressorkühleinrichtung und verfahren zur steuerung einer kompressorkühleinrichtung einer laborzentrifuge
EP3560592A2 (de) 2018-03-28 2019-10-30 Sigma Laborzentrifugen GmbH Laborzentrifuge, zentrifugenbehälter für eine laborzentrifuge und verfahren zum betrieb eines zentrifugenbehälters
EP3936601A1 (de) 2020-07-06 2022-01-12 Sartorius Stedim Biotech GmbH Klärungseinrichtung einer bioverarbeitungsanlage

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