JP2008534241A5 - - Google Patents
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Description
この発明は一般的な遠心分離機に関するもので、特に分離の間堆積する固体の自動排出を可能にするものである。
各種タイプの遠心分離機は、異質の混合物を特有の重力を基に構成要素ごとに分離することが知られている。供給物質または供給液体として用いる異質の混合物は、分離機の回転しているボウル内に注がれる。ボウルは高速で回転し、沈殿により液体から分離するため特有の重力を有する混合物の粒子を引き出す。結果として、濃固体ケーキがボウルの表面に対し硬く圧縮され、液体の浄化と、分離液が固体ケーキから内部に放射状に形成される。ボウルは高速で回転し、その回転は分離液から固体を分離する重力よりも20,000倍以上の充分な生成力である。
固体はボウルの壁に沿って堆積し、分離液は排出される。固体の所望量が堆積されたことが確認されると、分離機は排出モードにおかれ、その中に堆積した固体は分離機から除去される。特殊な態様にあっては内部掻き取り器が装備され、分離機のボウル壁から固体を剥がすようにしてある。
従来の分離機は、特殊な種類の物質に使用する際に欠点が生じる。例えば、多くの分離機は粘着性の残留固体の完全な排出の可能性がなく、不十分な結果になっている。このことは特に薬剤調整において遭遇するような高価素材に対して解決できない。加えて、多くの分離機はボウルの回転速度で供給液体が加速するときに、非常に高いせん断力が供給物質にかかり、影響を受けない細胞を含む生物学的な物質のような敏感な物質のダメージがある。
ここに述べたタイプの遠心分離動作の間に生じるせん断力に影響したり、また粘着性の堆積固体である物質に効果的に使用できる遠心分離機が望まれていた。
発明の概要
この発明による遠心分離機は、粘着性の固体に良好に実施でき、また供給液体の低せん断加速を開示し、さらに薬剤、生物学的物質のような感応性物質のために特に有効な分離機の生産について開示する。
この発明による遠心分離機は、粘着性の固体に良好に実施でき、また供給液体の低せん断加速を開示し、さらに薬剤、生物学的物質のような感応性物質のために特に有効な分離機の生産について開示する。
分離機は、開口の有る円錐状下部を有するシリンダー状ボウルを具備し、供給モード動作の間、前記開口を通じて供給液体が注入される。ボウルが高速で回転するときに、注入された液体は当初ボウルの円錐状下端のスロープに到る。回転加速力は、液体の動きが放射状に外方向を維持するよう徐々に加わる。供給液体は、分離液と固体に最大に分離され、その固体はボウルの内面に沿って堆積する。
分離機は、ピストン作動器に結合した円推ピストンを含むピストン組立体を具備しており、ピストンがその内面との強固な密接関係でボウル内に配置されている。固体排出モード動作にあって、ピストン作動器はピストンを軸の下方に進め、ボウルの円錐状下端内の開口を通じてボウルから堆積した固体を出させる。
開示された分離機において、ピストンは上端位置に保持されるが、それは供給液体からの水圧による供給モード動作の間である。ピストンは分離液バルブを具備しており、それは供給モード動作の間は開いており、ボウルから分離液排出ポートの通路に導き分離液を流出させる。ピストンが固体排出モードの間下方に押されれると、分離液弁は自動的に閉じ分離液通路内への堆積固体の通過を阻止する。
ここに開示された分離機は、結合位置と非結合位置を有する二つの部材のピストンシャフトを具備している。ピストンシャフトが非結合時に、ピストンは上方に力を受けること、またボウルと回転することが可能になる。ピストンシャフトが結合時に、ピストンはピストン始動部にて軸方向に押され、かつ引っ張られ固体排出モード動作を容易にする。
この発明の他の側面、特徴そして優位性は、引き続く詳細な説明により明らかになるであろう。
図1は垂直断面における遠心分離機を示し、同様に水平断面を示すために中央部を引き出している。遠心分離機は、分離機ハウジングの中央域11内に載置されたシリンダー状の分離機ボウル10を具備している。分離機ボウル10は、好ましくはシリンダータイプのボウルであって、相対的に小さい直径D、長さLを有し、そのL/D比は略5/1又はそれ以上である。分離機は、ピストンシャフト14に接続したピストン12で成るピストン組立体を具備する。ピストン12は、円錐形であってボウル10の円錐状液体供給円錐体17の形状にマッチしている。液体供給円錐体17は分離機の動作が供給モードの間、供給液体の回転加速機として機能する。
可変速駆動モータ16は、球状に載置した軸受けの駆動プーリ18に駆動ベルト17にて結合されており、スピンドル組立体20は分離器のハウジング13の上端のカラー状延長部21に位置している。駆動モータ16は、供給液体を分離するために設定した速度で分離機ボウル10を回転するように調整可能に動作する。
ピストンシャフト結合用シリンダー22は、ピストン作動器のクロスヘッド24内に載置され、そのピストン作動器は夫々のピストン作動器シリンダー28内に載置された二つのピストン作動器プランジャー26を具備する。個々のピストン作動器プランジャー26は、ピストン作動器口29に導入された圧縮空気または水圧液体に応じて分離機ボウル10内でピストン12が上下動するためのクロスヘッド24を介してピストンシャフト14に結合されている。詳細を以下に説明したように、ピストンシャフト14は動作モードにより選択的に結合又は非結合される二つの部材を具備しており、ピストン12は部材が非結合の際にはボウルと共に回転することができ、かつ部材が結合した際にはボウル10内で軸方向に移動できる。
図1はまた分離液受け容器30、分離液出口部32、そして分離液弁34を示しており、これらの総ては後に詳細を述べるように動作の間遠心分離機からの分離液または浄化された液体の除去に関与している。固体弁38が、分離機ハウジング13の下部領域内で内面フランジ41の下に載置されている。固体弁38は、供給液体部42と連通する供給液体通路40と共に組み入れられており、残留液体排出部46に連通する残留液体通路44も同様に組み入れられる。固体弁シール48はフランジ41の下面上に配置されている。固体弁38は閉位置が示されているが、分離機の動作で供給モードの間はこれを維持する。固体弁38は、開位置に軸49に沿って回転することができ、それは固体の排出モード動作の間に積もった固体が分離機の下端を通して排出されるようなときである。
図2は、分離機の上方をより詳細に示している。二部材のピストン14は、カップリング部52を有した上方ピストンシャフト50と、下方ピストンシャフト54を具備している。上方および下方ピストンシャフト50、54相互の係合手段は後に説明する。図2はピストンシール56を示しており、ピストン12とボウル13の内面間に介在する。シール56は、O−リングリップシールと呼ばれるタイプであり、テフロン(登録商標)含有エラストマー材にて形成されている。類似構造の分離液シール57は、分離液弁34が閉となった際に、分離液弁34とピストン12の上方部との間に介在してシールする。
図2において、分離液弁34の開位置が示されており、それはピストン12の上方部において開口62を通してハブ60から延びたピン58の下方押圧作用によるものである。この開位置における分離液弁34で、分離液は小溝64を通して流れる。分離液弁34は、ピストン12がハブ60に対して最上部であるときにのみ開放となる。ピストンが押されるにつれてピストン作動器によりピン58から下方に離れ、スプリング66は分離液弁を僅か上方に促し閉位置にし、それは固体排出プロセスの間維持される。
図3は、動作の供給モードの間の分離機の作用を示しており、それはボウル10とピストン12が高速回転している状態である。ソリッドベアリング供給液体は、円錐状液体供給円錐体17の内面上の通路68内に流れる。ボウル10の高速回転により生じた分離力の基に、供給液体は堆積固体70と固体のない分離液72とに分離される。分離液72からの水圧は、ボウルのハブ60に対して上方にピストン12を保持し、分離液弁34の開位置を維持する。分離液72の内表面で、分離液弁34の溝64を通して流れ、かつ分離液排出開口74にボウルを出るまでの排出通路に沿って上方に続いている。
図4は固体排出モードでの分離機の作用を示したものである。図4はピストン12の二つの分離部を示すために縦に分割してある。左側では、ピストン12は下方向移動の途中であり、右側ではピストン12は円錐の液体供給円錐体17の内面に抗してピストンの円錐の外表面が静止し、排出工程が終了する最下点になっている。
分離液弁34は、スプリング66の上方反発力の基に閉になっているのが見られる。ピストン12が下方に移動するにつれて堆積された固体70は、ボウル10の底で開口76に圧縮される。ピストン12の円錐状外表面と円推の液体供給円錐体17の内表面は精密にフィットするよう加工されており、そうすることで、この二つの面の狭窄作用で固体70をより効果的に移動できる。排出工程の後に残るいくらかの固体は、ピストンがピストン作動器により上方位置に戻った後の清浄工程で除かれる。
分離液弁34は、スプリング66の上方反発力の基に閉になっているのが見られる。ピストン12が下方に移動するにつれて堆積された固体70は、ボウル10の底で開口76に圧縮される。ピストン12の円錐状外表面と円推の液体供給円錐体17の内表面は精密にフィットするよう加工されており、そうすることで、この二つの面の狭窄作用で固体70をより効果的に移動できる。排出工程の後に残るいくらかの固体は、ピストンがピストン作動器により上方位置に戻った後の清浄工程で除かれる。
図5および図6は、ピストン12とクロスヘッド24間の機械的結合の構成と作用を示している。上方ピストンシャフト50はクロスヘッド24の下側から延びており、ピストン作動器の作用に応答して移動する。図5は、下方ピストンシャフト54の上方中空部78が除かれる位置での上方ピストンシャフトの非結合位置を示している。中空部78は僅かに広いチャンバー79を具備していることが観察されるが、役割については後に説明する。上方ピストンシャフト50はその全長に沿って中空であり、かつ結合固定用引き出し棒80がその中に配置されている。上方ピストンシャフト50はその下端に複数の柔軟性のある指状部81を具備しており、その役割は後に説明する。
上方端において、結合固定用引き出し棒80は、結合固定用シリンダー22内に位置した結合固定用ピストン82に、水平ピン84のようなもので機械的に結合している。結合固定用ピストン82は、スプリング83で下方向に押圧されている。その下端86で、結合固定用引き出し棒80はフレア形状を有し、それは後述するように上方および下方ピストンシャフト50,54共にロック用にするためである。
図5に示すように、ピストンシャフトが非結合位置のときにピストン12はピストン作動器で生じた以外の力に応じて可動できる。特に、ピストン12は水圧により上方に保持され、かつ供給モード動作の間はボウル10で回転する。注目すべきは、供給モード動作の初期の充分な水圧が現れる前ではピストンは実質的に最上方位置に保持される。それはボウル10(図3)のシール56と内壁間の摩擦によるものである。水圧が加わるとピストンは上方に押されるが、それは分離液弁34を開にするのに充分なものである。
図6は、結合位置における上方ピストンシャフトを示しており、それは下方ピストンシャフト54の上方中空部78(図5)内に嵌め込まれている。この嵌め込みは一般的に固体排出動作モードの前になされ、ピストン12がボウル10内の上端に位置した際で、ピストン作動器が上方ピストンシャフト50を下方ピストンシャフト54内に下げる間である。水圧又は空気圧88が結合固定用ピストン82を上方に進めるために供給され、そして順次ピストンシャフト50については結合固定用引き出し棒80を上方に進める。結合固定用引き出し棒80のフランジ状下部86は、指状部81に抗して押圧し、チャンバー79の壁に対してそれらを進め、上下のピストンシャフト50、54共にロックする。
この結合された上体において、ピストン作動器で生じた軸上の力は、ピストン12に軸方向移動をもたらす。結合された状態は固体排出モードの動作を通して持続され、そしてピストン12は堆積した固体排出のために下方に移動する。固体の排出が終わったときにピストン12は、その上端位置に引き寄せられ、上方ピストンシャフト50は下方ピストンシャフト54と非結合になって、供給モード動作の次のサイクルの準備をなす。上記のように、ピストン12はこの位置に留まるが、それはシール56とボウル10(図3)の内壁間の摩擦によるものである。
この結合された上体において、ピストン作動器で生じた軸上の力は、ピストン12に軸方向移動をもたらす。結合された状態は固体排出モードの動作を通して持続され、そしてピストン12は堆積した固体排出のために下方に移動する。固体の排出が終わったときにピストン12は、その上端位置に引き寄せられ、上方ピストンシャフト50は下方ピストンシャフト54と非結合になって、供給モード動作の次のサイクルの準備をなす。上記のように、ピストン12はこの位置に留まるが、それはシール56とボウル10(図3)の内壁間の摩擦によるものである。
これらの技術分野において明らかなように、ここに開示した方法、装置の変形、応用は、開示された発明の概念を逸脱することなく達成でき、また発明は添付の特許請求の範囲の意図および総ての範囲を除いて制限されて理解されるものではない。
10:ボウル
12:ピストン
14:ピストンシャフト
34:分離液弁
50:上方ピストンシャフト
54:下方ピストンシャフト
60:ハブ
62:開口
78:中空部
81:指状部
12:ピストン
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54:下方ピストンシャフト
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78:中空部
81:指状部
Claims (11)
- 供給モード動作の間、液体がそこを通して注入される開口を備えた円錐状下端部を有するシリンダー状ボウルであって、そのボウルは供給モードの間、高速で回転し供給液体を分離液と固体に分離すよう動作し、その固体はボウルの内面に沿って堆積し、そして、
ピストン組立体はピストン作動器に接続された円錐状ピストンを具備し、ピストンはその内面との強固な密接関係でボウル内に配置され、固体排出モード動作にてピストン作動器は、ピストンをボウル内軸方向下方に進めボウルの円錐状下端部の開口を通してボウルから堆積した固体を排出するようにした構成の遠心分離機。 - ピストンは供給モード動作で開位置に、固体排出モードで閉位置になる分離液弁を具備し、その分離液弁は開位置で分離液をボウルから通路、分離機の分離液排出部に流れさせるよう作用し、その分離液弁は開位置でボウルから通路、分離液排出部への堆積した固体の通過を阻止するように作用する請求項1記載の遠心分離機。
- 分離液弁はピストンの概ね中央に位置する環状部材である請求項2記載の遠心分離機。
- ピストンは閉位置における分離液弁をバイアスするよう構成し、ボウルはピストンが供給モード動作の間の位置に抗するハブを具備し、かつハブとピストンはピストンがハブに抗して位置したときに分離液弁を開位置にするような作用構成とした請求項2記載の遠心分離機。
- ピストンは閉位置における分離液弁をバイアスするように作用する1ないしそれ以上のスプリングを具備する請求項4記載の遠心分離機。
- ハブは1ないしそれ以上の下方延長ピンを具備し、ピストンは1ないしそれ以上の開口を有し、その開口を通してピンが分離液弁のピン接触部分に延びるようにし、ピストンがハブに抗して位置したときに分離液弁は開を維持するようにした請求項4記載の遠心分離機。
- ピストンとピストン作動器間の結合は、ピストンが供給モード動作における供給液体からの水圧でボウル内の上方位置に保持されるように作用する請求項1記載の遠心分離機。
- ピストンから上方に延びかつ中空上方部を有する下方ピストンシャフトと、
下方ピストンシャフトに関して第1の位置と第2の位置を有した中空上方ピストンシャフトであって、第1の位置は上方ピストンシャフトが下方ピストンシャフトの中空部から去った非結合位置であり、第2の位置は上方ピストンシャフトが下方ピストンシャフトの中空部内に挿入され、かつ機械的にリンクした結合位置で、上方ピストンシャフトは柔軟で下方に延びたフィンガーの複数を有し、下方ピストンシャフトに関し上方ピストンシャフトがスライドできるような非緊張位置であり、
結合固定用引き出し棒は上方ピストンシャフト内に配置され、その結合固定用引き出し棒がその下部に構成されており、それは結合固定用引き出し棒が上方ピストンに関して上方に進められている際に、上方および下方ピストンシャフトを共にロックするため下方ピストンシャフトの内壁に対して外方向に上方ピストンシャフトのフィンガーを進めるためであり、
上方および下方ピストンシャフトが互いに機械的にリンクし、上方ピストンシャフトに関して結合固定用引き出し棒上に選択的に上向きの力を供給するよう作用する上方ピストンシャフトの上方でのメカニズム、としたピストンとピストン作動器間のカップリングからなる請求項1記載の遠心分離機。 - 力の供給メカニズムは、結合固定用引き出し棒が延びる結合固定用シリンダーにて構成され、結合固定用引き出し棒に上方の力を与える作動力に応答して作用する作動ピストンを具備した結合固定用シリンダーである請求項8記載の遠心分離機。
- 作動力は水圧である請求項9記載の遠心分離機。
- 作動力は空気圧である請求項10記載の遠心分離機。
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