JP2022084820A - 遠心分離容器、遠心分離装置、及び遠心分離方法 - Google Patents

遠心分離容器、遠心分離装置、及び遠心分離方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022084820000001
【課題】分離効率を高めることが可能な遠心分離容器及び遠心分離装置を提供する。
【解決手段】遠心分離容器2は、回転軸Xを基準として被処理液供給口50よりも遠位側に配置される遠位領域52及び被処理液供給口50よりも近位側に配置される近位領域53を含み、近位領域53に被処理液排出口51が設けられている分離部40と、遠位領域52よりも遠位側に配置され且つ連通路42を介して遠位領域52の遠位端部52aに連通されており、被処理液中の遠沈される分散質を分散させる回収液によって満たされる回収部41と、を備える。遠心分離装置は、前記遠心分離容器を備える。
【選択図】図9

Description

本発明は、遠心分離容器及び遠心分離装置に関する。
特許文献1に記載された遠心分離装置は、全血から赤血球成分を遠心分離する遠心分離容器としての処理室を備える。処理室は、全体として扁平であり、相対的に幅狭な下方部分と相対的に幅広な上方部分とを有し、上縁の両端に位置する上方部分の両肩部は、両肩部の間の中間部及び下方部分よりも回転軸から遠位に配置されている。下方部分には、処理される全血の供給口が設けられており、上方部分の両肩部及び中間部には排出口が設けられている。
処理室の下方部分に供給された全血の赤血球成分は回転軸から最も遠位に配置されている上方部分の両肩部に収集され、収集された赤血球成分は両肩部に設けられている排出口を通して回収される。一方、残余の成分(血漿成分)は、上方部分の中間部に収集され、収集された残余の成分は中間部に設けられている排出口を通して回収される。
日本国特公昭63-14628号公報
特許文献1に記載された遠心分離装置では、処理室の上方部分の中間部に収集されている残余の成分は、中間部の排出口に接続されたポンプによって中間部の排出口から吸い出され、上方部分の両肩部に収集されている赤血球成分は、例えば下方部分に全血が追加で供給されることによって、両肩部の排出口から押し出される。このとき、処理室の内部に流れが生じるが、両肩部に収集されている赤血球成分と中間部に収集されている残余の成分とを隔てるものはなく、処理室の内部に生じた流れに乗って、中間部の排出口に赤血球成分が流入し、又は両肩部の排出口に残余の成分が流入し、分離効率が低下する虞がある。
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、分離効率を高めることが可能な遠心分離容器及び遠心分離装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の遠心分離容器は、回転軸まわりに旋回される遠心分離容器であって、上記回転軸を基準として被処理液供給口よりも遠位側に配置される遠位領域及び上記被処理液供給口よりも近位側に配置される近位領域を含み、上記近位領域に被処理液排出口が設けられている分離部と、上記遠位領域よりも遠位側に配置され且つ連通路を介して上記遠位領域の遠位端部に連通されており、被処理液中の遠沈される分散質を分散させる回収液によって満たされる回収部と、を備える。
本発明の一態様の遠心分離装置は、上記遠心分離容器と、上記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに上記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、上記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して上記遠心分離容器の上記分離部に設けられている上記被処理液供給口及び上記被処理液排出口に接続され、上記遠心分離容器に対して上記被処理液を給排する被処理液給排部と、を備える。
本発明によれば、分離効率を高めることが可能な遠心分離容器及び遠心分離装置を提供することができる。
本発明の実施形態を説明するための、遠心分離装置の一例の模式図である。 本発明の実施形態を説明するための、ロータリージョイントの一例の縦断面の模式図である。 図2のロータリージョイントの軸側供給流路及び筒側供給流路並びに供給連通流路を含む横断面の模式図である。 ロータリージョイントの供給連通流路から筒側供給流路に流入する被処理液の挙動を示す模式図である。 ロータリージョイントの供給連通流路から筒側供給流路に流入する被処理液の挙動を示す模式図である。 図2のロータリージョイントの軸側排出流路及び筒側排出流路並びに排出連通流路を含む横断面の模式図である。 ロータリージョイントの筒側排出流路から排出連通流路に流入する被処理液の挙動を示す模式図である。 ロータリージョイントの筒側排出流路から排出連通流路に流入する被処理液の挙動を示す模式図である。 本発明の実施形態を説明するための、遠心分離容器の一例の縦断面の模式図である。 図1の遠心分離装置によって処理される被処理液の挙動を示す模式図である。 図9の遠心分離容器の変形例の縦断面の模式図である。 図9の遠心分離容器の変形例の横断面の模式図である。 本発明の実施形態を説明するための、遠心分離装置及び遠心分離容器の他の例の模式図である。 図13の遠心分離容器の縦断面の模式図である。 図13の遠心分離容器の横断面の模式図である。
図1は、本発明の実施形態を説明するための、遠心分離装置の一例を示す。
遠心分離装置1は、遠心分離容器2と、遠心分離容器2を回転軸Xまわりに旋回させる駆動部3と、旋回される遠心分離容器2に対して被処理液を給排する被処理液給排部4及びロータリージョイント5と、を備える。
駆動部3は、架台10と、回転軸Xまわりに回転可能となるように架台10によって支持されている回転テーブル11と、回転テーブル11を回転させるモータ12とを有する。遠心分離容器2は、回転テーブル11上において回転軸Xから離間した箇所に設置されており、回転テーブル11がモータ12によって回転されることにより、回転軸Xまわりに旋回される。なお、遠心分離容器2の設置数及び設置箇所は特に限定されないが、典型的には、図示の例のように複数の遠心分離容器2(図示の例では2つの遠心分離容器2)が回転軸Xを中心とする円周方向に等しい間隔をあけて設置される。
被処理液給排部4とロータリージョイント5とは送液管6A及び送液管6Bによって接続されており、ロータリージョイント5と各遠心分離容器2とは送液管7A及び送液管7Bによって接続されている。分散質を含む被処理液が被処理液給排部4からロータリージョイント5を介して遠心分離容器2に供給される。遠心分離容器2に供給された被処理液に含まれる分散質は、遠心分離容器2の旋回に起因する遠心力の作用下で分離される。そして、本例では、分散質が除かれた残余の被処理液が、遠心分離容器2からロータリージョイント5を介して被処理液給排部4に排出される。
図2はロータリージョイント5の構成を示す。
ロータリージョイント5は、回転軸X上に配置される軸体20と、軸体20に対して相対回転可能に軸体20が挿通される筒体21とを備える。軸体20は、架台10(図1参照)に固定されることによって不動に設置されている。一方、筒体21は、回転テーブル11(図1参照)に固定されており、回転テーブル11上に設置されている遠心分離容器2と一体に回動される。
不動に設置される軸体20と回転される筒体21との間には、複数のベアリング22が軸方向に異なる位置に配置されており、筒体21はこれらのベアリング22によって回転可能に支持されている。図示の例では、二つのベアリング22が筒体21の上端部と軸体20との間及び筒体21の下端部と軸体20との間に配置されているが、ベアリング22の配置数及び配置箇所は特に限定されない。ベアリング22は、転がり軸受であってもよいし、すべり軸受であってもよく、すべり軸受である場合に、オイル又はグリースを必要とする給油式の軸受であってもよいし、無給油式の軸受であってもよいが、好ましくは無給油式の軸受である。ロータリージョイント5に流通される被処理液によってはオートクレーブ(高圧蒸気滅菌処理)がロータリージョイント5に施される場合があり、無給油式の軸受であれば、高温に晒された場合のオイル又はグリースの漏出がなくなり、オートクレーブが可能となる。
軸体20には、軸体20の内部を軸方向に延びる軸側供給流路30及び軸側排出流路31が設けられている。軸側供給流路30の一端側の開口30aは、筒体21の外に露呈する軸体20の外面に形成されており、他端側の開口30bは、二つのベアリング22の間に位置する軸体20の外周面に形成されている。軸側排出流路31の一端側の開口31aは、軸体20の上端面に形成されており、他端側の開口31bは、二つのベアリング22の間に位置する軸体20の外周面に形成され、且つ軸体20の外周面において軸側供給流路30の開口30bとは軸方向に離間した異なる位置に形成されている。軸体20の上端面に形成されている軸側供給流路30の開口30aには、被処理液給排部4に通じる送液管6Aが接続され、軸側排出流路31の開口31aには、被処理液給排部4に通じる送液管6Bが接続されている。
筒体21には、筒体21の内周面から外周面に亘って筒体21を貫通する筒側供給流路32及び筒側排出流路33が設けられている。筒側供給流路32は、軸側供給流路30の開口30bと軸方向に重なる位置に配置されており、筒側排出流路33は、軸側排出流路31の開口31bと軸方向に重なる位置に配置されている。筒体21の外周面に形成されている筒側供給流路32の開口32aには、遠心分離容器2に通じる送液管7Aが接続され、筒側排出流路33の開口33aには、遠心分離容器2に通じる送液管7Bが接続されている。
軸体20の外周面と筒体21の内周面との間で軸側供給流路30の開口30b及び筒側供給流路32と軸方向に重なる位置には、供給連通流路34が設けられている。供給連通流路34は、軸体20を中心とする環状に設けられており、軸側供給流路30と筒側供給流路32とは、筒体21の回転にかかわらず、供給連通流路34を介して互いに連通した状態に保たれる。
また、軸体20の外周面と筒体21の内周面との間で軸側排出流路31の開口31b及び筒側排出流路33と軸方向に重なる位置には、排出連通流路35が設けられている。排出連通流路35は、軸体20を中心とする環状に設けられており、軸側排出流路31と筒側排出流路33とは、筒体21の回転にかかわらず、排出連通流路35を介して互いに連通した状態に保たれる。
供給連通流路34及び排出連通流路35は、筒体21の内周面に設けられた環状の凹部によって形成されている。
軸体20と筒体21との間には複数のシール部材23が設けられており、軸体20と筒体21との間に設けられている供給連通流路34及び排出連通流路35並びに二つのベアリング22は、これらのシール部材23によって互いに隔絶されている。シール部材23は、例えば軸体20及び筒体21それぞれに摺接環が固定され、二つの摺接環が互いに摺接することによって構成される、いわゆるメカニカルシールであってもよいし、エラストマー等からなる環状のリップを軸体20の外周面に摺接させる、いわゆるリップシールであってもよい。これらのシール部材23は、ロータリージョイント5の条件、要求仕様、寸法等に応じて適宜選択可能である。
被処理液給排部4(図1参照)から供給される被処理液は、まず、軸側供給流路30の開口30aを通して軸側供給流路30に流れ込み、続いて供給連通流路34を経て筒側供給流路32に流入し、筒側供給流路32から遠心分離容器2に送り出される。また、遠心分離容器2から排出された被処理液は、まず、筒側排出流路33の開口33aを通して筒側排出流路33に流れ込み、続いて排出連通流路35を経て軸側排出流路31に流入し、軸側排出流路31から被処理液給排部4に送り出される。ロータリージョイント5を介して遠心分離容器2に対して被処理液が給排される間、筒体21は遠心分離容器2と一体に一定方向に回動される。
筒体21が回動され、軸体20が不動に設置されることにより、軸体20の軸側供給流路30及び軸側排出流路31を流れる被処理液には遠心力が作用せず、被処理液に含まれる分散質の軸側供給流路30における滞留が抑制される。本例では、軸側排出流路31に流れる被処理液は遠心分離容器2によって分散質が除かれた残余の被処理液であるが、例えば分離された分散質が分散されてなる分散液が軸側排出流路31に流される場合には、軸側供給流路30と同様に、被処理液に含まれる分散質の軸側排出流路31における滞留も抑制される。一方、回動される筒体21の筒側供給流路32及び筒側排出流路33は筒体21の内周面から外周面に亘って筒体21を貫通して延びており、すなわち遠心力の作用方向に延びていることから、分散質の筒側供給流路32及び筒側排出流路33における滞留もまた抑制される。
さらに、軸体20の軸側供給流路30及び軸側排出流路31を流れる被処理液に遠心力が作用しないことから、軸体20に作用する負荷が軽減され、軸体20の細径化が可能となる。そして、シール部材23がリップシールである場合に、軸体20が細径化されることによって、軸体20の外周面に摺接するリップの相対的な周速度は低下し、より高速な回転にも対応可能となる。
図3は、軸側供給流路30及び筒側供給流路32並びに供給連通流路34の構成を示す。
被処理液を遠心分離容器2に向けて送り出す筒側供給流路32は、軸体20を中心とする放射方向であって、筒側供給流路32と供給連通流路34との接続部の中心、すなわち筒体21の内周面に形成されている筒側供給流路32の開口32bの中心O1を通る放射方向R1に対し、筒体21の回転方向Yとは反対のP1方向に傾斜されている。
図4及び図5は、供給連通流路34から筒側供給流路32に流入する被処理液の挙動を模式的に示し、特に、図4は、仮に筒側供給流路32が放射方向R1に延びているとした場合の被処理液の挙動を示し、図5は、筒側供給流路32が放射方向R1に対して筒体21の回転方向Yとは反対方向に傾斜されている場合の被処理液の挙動を示す。
図4に示すとおり、仮に筒側供給流路32が放射方向R1に延びているとした場合に、筒体21の回動に応じて移動される筒側供給流路32の開口32bの移動方向と供給連通流路34から開口32bを通して筒側供給流路32に流入する被処理液の流れ方向とのなす角度θ1は略90°となる。このため、被処理液には、開口32bの近傍にて比較的強いせん断が作用することになる。
一方、図5に示すとおり、筒側供給流路32が放射方向R1に対して筒体21の回転方向Yとは反対方向に傾斜されている場合には、筒体21の回動に応じて移動される筒側供給流路32の開口32bの移動方向と供給連通流路34から開口32bを通して筒側供給流路32に流入する被処理液の流れ方向とのなす角度θ2が90°より大きくなる。換言すれば、開口32bの移動方向と被処理液の流れ方向とが図4に示した場合よりも平行に近づく。さらに、筒側供給流路32の放射方向R1に対する傾斜が筒体21の回転方向Yとは反対方向であることにより、筒体21の回動に応じて被処理液が筒側供給流路32に円滑に流れ込む。これにより、開口32bの近傍にて被処理液に作用するせん断が緩和され、被処理液に含まれる分散質の損壊が抑制される。
軸体20に垂直な断面に表れる開口32b(筒側供給流路32と供給連通流路34との接続部)の両端のうち筒側供給流路32の中心軸を挟んで軸体20側とは反対側に位置する一端を外側端E1として、処理液に作用するせん断を抑制する観点から、筒側供給流路32は、軸体20を中心として外側端E1を通る円C1の外側端E1における接線T1に沿って延びていることが好ましい。
なお、被処理液は軸側供給流路30から開口30bを通して供給連通流路34に流入し、開口30bは、好ましくは図2及び図3に示すように、供給連通流路34側に向けて断面積が漸増するテーパ状に形成される。これにより、被処理液が軸側供給流路30から環状の供給連通流路34に円滑に流入する。
図6は、軸側排出流路31及び筒側排出流路33並びに排出連通流路35の構成を示す。
遠心分離容器2から排出された被処理液が流れ込む筒側排出流路33は、軸体20を中心とする放射方向であって、筒側排出流路33と排出連通流路35との接続部の中心、すなわち筒体21の内周面に形成されている筒側排出流路33の開口33bの中心O2を通る放射方向R2に対し、筒体21の回転方向Yと同じP2方向に傾斜されている。
図7及び図8は、筒側排出流路33から排出連通流路35に流入する被処理液の挙動を模式的に示し、特に、図7は、仮に筒側排出流路33が放射方向R2に延びているとした場合の被処理液の挙動を示し、図5は、筒側排出流路33が放射方向R2に対して筒体21の回転方向Yに傾斜されている場合の被処理液の挙動を示す。
図7に示すとおり、仮に筒側排出流路33が放射方向R2に延びているとした場合に、筒体21の回動に応じて移動される筒側排出流路33の開口33bの移動方向と筒側排出流路33から開口33bを通して排出連通流路35に流入する被処理液の流れ方向とのなす角度θ3は略90°となる。このため、被処理液には、開口33bの近傍にて比較的強いせん断が作用することになる。そして、排出連通流路35に流入した被処理液は、軸体20の外周面において開口33bに相対する部位に正面から衝突することになる。
一方、図8に示すとおり、筒側排出流路33が放射方向R2に対して筒体21の回転方向Yに傾斜されている場合には、筒体21の回動に応じて移動される筒側排出流路33の開口33bの移動方向と筒側排出流路33から開口33bを通して排出連通流路35に流入する被処理液の流れ方向とのなす角度θ4が90°より大きくなる。換言すれば、開口33bの移動方向と被処理液の流れ方向とが図7に示した場合よりも平行に近づく。さらに、筒側排出流路33の放射方向R2に対する傾斜が筒体21の回転方向Yであることにより、筒体21の回動に応じて被処理液が筒側排出流路33から円滑に送り出される。これにより、開口33bの近傍にて被処理液に作用するせん断が緩和され、排出連通流路35に流入した被処理液の軸体20の外周面との衝突も緩和される。本例では、筒側排出流路33に流れる被処理液は遠心分離容器2によって分散質が除かれた残余の被処理液であるが、例えば分離された分散質が分散されてなる分散液が筒側排出流路33に流される場合には、この分散液に含まれる分散質の損壊が抑制される。
軸体20に垂直な断面に表れる開口33b(筒側排出流路33と排出連通流路35との接続部)の両端のうち筒側排出流路33の中心軸を挟んで軸体20側とは反対側に位置する一端を外側端E2として、処理液に作用するせん断を抑制する観点から、筒側排出流路33は、軸体20を中心として外側端E2を通る円C2の外側端E2における接線T2に沿って延びていることが好ましい。
なお、被処理液は排出連通流路35から開口31bを通して軸側排出流路31に流入し、開口31bは、好ましくは図2及び図6に示すように、排出連通流路35に向けて断面積が漸増するテーパ状に形成される。これにより、被処理液が環状の排出連通流路35から軸側排出流路31に円滑に流入する。
次に、遠心分離容器2について説明する。図9は、遠心分離容器2の構成を示す。
遠心分離容器2は、遠心分離容器2に供給される被処理液に含まれる分散質を分離するための分離部40と、分離された分散質を回収するための回収部41と、分離部40と回収部41とを連通させる連通路42とを備える。
分離部40は、図示の例では円筒状に形成されており、分離部40の中心軸Zが回転軸Xと略直交した状態で遠心分離容器2は回転テーブル11(図1参照)上に設置される。なお、分離部40の形状は、円筒状に限られるものではなく、例えば角筒状であってもよい。また、遠心分離容器2の設置状態は、分離部40の中心軸Zが回転軸Xと略直交した状態に限られるものではない。例えば、分離部40の中心軸Zが回転軸Xと略直交する状態に対して回転軸Xの軸方向に傾斜された状態で遠心分離容器2は回転テーブル11上に設置されてもよく、さらには分離部40の中心軸Zが回転軸Xと交差せずに回転軸Xに対してオフセットされた状態で遠心分離容器2は回転テーブル11上に設置されてもよい。分離部40の中心軸Zが回転軸Xに対してオフセットされることにより、回転軸X上に配置されるロータリージョイント5を避け、遠心分離装置1を大型化させることなく分離部40を延長することができ、また、遠心分離容器2とロータリージョイント5とを接続する送液管7A及び送液管7Bの取り回しも容易となる。
分離部40には、被処理液供給口50と、被処理液排出口51とが設けられている。被処理液供給口50には、ロータリージョイント5の筒側供給流路32(図2参照)に通じる送液管7Aが接続されており、一方、被処理液排出口51には、ロータリージョイント5の筒側排出流路33(図2参照)に通じる送液管7Bが接続されている。
被処理液供給口50は円筒状の分離部40の周壁に形成されており、分離部40には、回転軸Xを基準として、被処理液供給口50よりも遠位側に配置される遠位領域52と、分離部40の軸方向に遠位領域52と隣り合い且つ被処理液供給口50よりも近位側に配置される近位領域53とが設けられている。そして、被処理液排出口51は近位領域53に設けられている。
遠心分離容器2に供給される被処理液は、被処理液供給口50を通じて分離部40に流れ込む。遠心分離容器2が回転軸Xまわりに旋回されることにより、分離部40内の被処理液に含まれる分散質は遠心分離容器2の旋回に起因する遠心力の作用下で分離され、分離された分散質は分離部40の遠位領域52に沈降される。一方、分散質が除かれた残余の被処理液は分離部40の近位領域53に収集される。近位領域53に収集された残余の被処理液は、被処理液が分離部40に追加で流れ込むのに応じて、被処理液排出口51を通じて分離部40から排出される。
本例では、被処理液排出口51に流れ込む残余の被処理液を濾過するフィルタ54が分離部40に設けられている。例えば被処理液排出口51に流れ込む残余の被処理液の流速が分散質の沈降速度との関係で過大である場合などに分散質が被処理液に僅かに残留する可能性もあるが、残留した分散質はフィルタ54によって被処理液から除去される。なお、分散質の沈降速度と被処理液の流速とが適切に調節され、又は被処理液に分散質が残留していても支障がない場合には、フィルタ54は省略されてもよい。分散質の沈降速度は、例えば遠心分離容器2の旋回半径、遠心分離容器2の旋回角速度、被処理液の粘度等によって適宜調節可能である。
フィルタ54の目詰まりを抑制する観点から、フィルタ54は分離部40の近位領域53に設けられている。遠心力の作用下で近位領域53に移動される分散質は主として比較的微細な粒子であり、フィルタ54の目開きに対して微細な粒子はフィルタ54の目詰まりを生じさせ難くい。好ましくは、近位領域53に移動される分散質がフィルタ54の目開きよりも微細な粒子となるよう、被処理液の流速及び分散質の沈降速度と、フィルタ54の目開きとが適宜設定される。これにより、フィルタ54の目詰まりが一層抑制される。さらに、フィルタ54によって被処理液から除去された分散質には、分散質を遠位領域52に沈降させる遠心力が依然として作用しており、フィルタ54が近位領域53に配置されていることによって、被処理液から除去された分散質のフィルタ54への付着が抑制され、フィルタ54の目詰まりが抑制される。
分離された分散質を回収するための回収部41は、分散質が沈降される分離部40の遠位領域52よりも遠位側に配置されており、連通路42を介して遠位領域52の遠位端部52aに連通されている。そして、回収部41は、分散質が分散可能な回収液によって満たされている。分離部40の遠位領域52に沈降された分散質は、遠心力の作用下で、遠位領域52よりも遠位側に配置されている回収部41に連通路42を通って移動され、回収部41内の回収液に分散される。
連通路42は、遠心力の作用下での分散質の流通を許容し、且つ分離部40内の被処理液及び回収部41内の回収液の流通を抑制可能に構成され、連通路42の長手方向に垂直な断面において、少なくとも連通路42の断面積は、分離部40の遠位領域52及び回収部41それぞれの連通路42との接続部分の断面積よりも小さくされる。連通路42が円管である場合に、連通路42の直径は、分散質の粒子径等にもよるが、例えば1mm~2mmが適当である。
分離部40の遠位領域52に沈降された分散質を連通路42に円滑に移動させる観点から、好ましくは、分離部40の遠位領域52は、連通路42に向けて断面積が漸減するテーパ状に形成される。
回収液は、分散質が分散可能であれば特に限定されず、被処理液の母液と同一の液であってもよいし、異なる液であってもよいが、回収液の比重は、回収液の流れが遠心力と液の比重でうける相互作用により乱されない、すなわち、集められた分散質が乱流により分散質の回収に影響を及ぼす程度の舞いあがりが発生しない程度の濃度であって、遠心分離装置の回転数や非処理液の濃度に応じて適宜選択すればよく、非処理液と回収液の比重は略同等であることがより好ましい。
図10は、遠心分離装置1によって処理される被処理液の挙動を示す。
遠心分離容器2を備える遠心分離装置1を用いた遠心分離処理では、まず、遠心分離容器2の回収部41が回収液によって満たされている状態で、被処理液が遠心分離容器2の分離部40に供給され、分離部40が被処理液によって満たされる。このとき、分離部40の中心軸Zが回転軸Xと略直交する状態に対して回転軸Xの軸方向に傾斜された状態で遠心分離容器2が回転テーブル11上に設置されていることにより、分離部40のエア抜きが容易となる。そして、分離部40が被処理液によって満たされた後に、遠心分離容器2が回転軸Xまわりに旋回され、被処理液に含まれる分散質の遠心分離が開始される。遠心分離が開始された後は、被処理液は、連続的に又は間欠的に分離部40に供給される。空の状態で旋回されている分離部40に処理液が供給された場合には、空の分離部40に流れ込んだ被処理液に含まれる分散質と分離部40の内周面との衝突が緩衝されず、分散質が損壊する懸念があるが、遠心分離が開始される以前に分離部40が被処理液によって満たされていることにより、分散質の保護が図られる。そして、遠心分離が開始されると、分離部40に供給された被処理液に含まれる分散質は分離部40の遠位領域52に沈降される。
本例では、被処理液供給口50が円筒状の分離部40の周壁に形成されており、送液管7Aが接続される被処理液供給口50の継手部分55及び送液管7Aの少なくとも継手部分55との接続部分は回転軸Xを中心とする放射方向と交差する方向に延びる。このため、図10に示すように、継手部分55及び送液管7Aの接続部分を流通する被処理液には遠心力が作用し、被処理液に含まれる分散質は、この遠心力の作用下で継手部分55及び送液管7Aの接続部分の遠位側に寄せられており、分散質の分離が促進される。継手部分55及び送液管7Aの接続部分での分散質の分離を促進する観点から、被処理液供給口50は、分離部40の中心軸方向中央よりも遠位側に配置されていることが好ましい。これにより、被処理液供給口50の継手部分55及び送液管7Aの接続部分を流通する被処理液に作用する遠心力が強められ、分散質の分離が一層促進される。
遠位領域52に沈降された分散質は、遠心力の作用下で、遠位領域52から連通路42を通って回収部41に逐次移動される。ここで、被処理液が分離部40に追加で供給されることによって分離部40内に被処理液の流れが発生する。仮に、遠位領域52に沈降される分散質が引き続き遠位領域52に貯留されるとすると、一旦は遠位領域52に沈降された分散質が、発生した被処理液の流れによって巻き上げられ、近位領域53側に移動されてフィルタ54に捕捉されるか、又はフィルタ54が省略される場合に被処理液排出口51を通して排出されてしまう虞がある。これに対し、遠位領域52に沈降された分散質が回収部41に逐次移動されることにより、分離部40内に発生した被処理液の流れによって分散質が巻き上げられることが抑制される。これにより、分散質の分離効率が高められる。
そして、回収部41に移動された分散質は、回収部41内の回収液中に濃縮された状態で回収部41に貯留され、例えば回収部41に貯留可能な分散質の上限量に達したところで回収液と共に回収される。換言すれば、上限量に達するまで遠心分離処理を継続することが可能である。回収部41に貯留可能な分散質の上限量は回収部41の容積に関連し、回収部41の容積(形状)は、回収部41が分離部40よりも遠位に配置される限りにおいて特に制限されない。そこで、比較的多量の被処理液であっても相応の容積を有する回収部41が用いられることによって一度に遠心分離処理することが可能となり、作業効率が高められる。分散質及び回収液は、遠心分離容器2の旋回が停止されて遠心分離容器2が遠心分離装置1の回転テーブル11(図1参照)から取り外された後、例えばシリンジによって回収部41から吸い出されて回収される。なお、回収部41が分離部40に対して着脱可能に構成されてもよく、この場合に分散質及び回収液の回収作業が容易となり、作業効率がさらに高められる。
図11及び図12は、遠心分離容器2の変形例を示す。
分散質の分離効率を高める観点では、分離部40に流れ込んだ被処理液の流速及び被処理液に含まれる分散質の移動速度を速やかに低下させることも有効である。被処理液及び分散質が速度を保ったままであると、分散質が被処理液の流れに乗って近位領域53側に移動される虞がある。被処理液及び分散質の速度を速やかに低下させるため、本例では、整流体56が分離部40に設けられている。
整流体56は、分離部40の遠位領域52及び近位領域53に跨って収容され、被処理液供給口50を覆って配置されている。そして、整流体56は、分離部40の内周面との間に隙間をあけて且つ内周面に沿って設けられている。上記のとおり、遠位領域52がテーパ状に形成されていることから、整流体56もまたテーパ状に形成されている。
分離部40に流れ込んだ被処理液及び分散質は、分離部40の内周面と整流体56の外周面との隙間に流通される。分離部40の内周面及び整流体56の外周面の表面近傍を流れる被処理液の流速は、表面に近づくほどに低下され、表面では実質的にゼロとなる。分離部40の内周面と整流体56の外周面との隙間が分散質の流通に支障がない範囲で適宜狭められることにより、被処理液の流速が低下され、被処理液に含まれる分散質の移動速度もまた低下され、分散質が遠位領域52に安定して沈降される。これにより、分散質の分離効率が高められる。分離部40の内周面と整流体56の外周面との隙間は、分散質の粒子径等にもよるが、例えば1mm~5mmが適当である。
ここで、図12に示すように、整流体56によって覆われる被処理液供給口50の継手部分55は、好ましくは、分離部40の中心軸Zから被処理液供給口50の中心O3を通って延びる放射方向R3に対し、分離部40の周方向に傾斜しており、さらに好ましくは、中心軸Zに垂直な断面に表れる被処理液供給口50の両端のうち被処理液供給口50の継手部分55の中心軸を挟んで分離部40の中心軸Z側とは反対側に位置する一端を外側端E3として、中心軸Zを中心として外側端E3を通る円C3の外側端E3における接線T3に沿って延ばされる。これにより、被処理液供給口50を通して分離部40に流れ込む被処理液が、分離部40の内周面と整流体56の外周面との隙間に円滑に導入され且つ両周面に沿って流通され、被処理液及び分散質の速度が一層効果的に低下される。
図13から図15は、本発明の実施形態を説明するための、遠心分離装置及び遠心分離容器の他の例を示す。なお、上述した遠心分離装置1及び遠心分離容器2と共通する要素には共通する符号を付して説明を省略又は簡略する。
上述した遠心分離容器2では、回収部41に貯留された分散質が回収される際には、遠心分離容器2の旋回が停止され、被処理液の遠心分離処理もまた停止される。これに対し、図13から図15に示す遠心分離容器102では、回収液供給口57及び回収液排出口58が回収部41に設けられており、遠心分離装置101は、回収部41に対して回収液を給排する回収液給排部108をさらに備え、遠心分離容器102の旋回が継続された状態で、回収部41に貯留された分散質の回収が可能に構成されている。
被処理液は、ロータリージョイント105を介して被処理液給排部4から遠心分離容器102の分離部40に供給され、ロータリージョイント105を介して分離部40から被処理液給排部4に排出される。回収液もまた同様に、ロータリージョイント105を介して回収液給排部108から遠心分離容器102の回収部41に供給され、ロータリージョイント105を介して回収部41から回収液給排部108に排出される。図示は省略するが、ロータリージョイント105は、軸体20に設けられる軸側供給流路30及び軸側排出流路31と、筒体21に設けられる筒側供給流路32及び筒側排出流路33と、軸体20の外周面と筒体21の内周面との間に設けられる供給連通路34及び排出連通路35と(いずれも図2参照)を一組の給排流路として、被処理液用の給排流路と、回収液用の給排流路とを備える。
回収部41に供給される回収液は、回収液供給口57を通じて回収部41に流れ込む。そして、回収部41に元々収容されている回収液は、回収液が回収部41に流れ込むのに応じ、回収液排出口58を通じて回収部41から排出される。このとき、回収部41に貯留されている分散質もまた、回収液と共に回収部41から排出される。回収部41から排出された分散質は回収液給排部108にて回収される。
図14及び図15に示すように、回収部41に貯留されている分散質は、遠心力の作用下で、回収部41の遠位端部41aに沈降される。回収液供給口57及び回収液排出口58は、分散質が沈降される遠位端部41aに設けられており、且つ互いに対向して設けられている。回収液供給口57及び回収液排出口58が互いに対向して設けられていることにより、回収部41内で回収液の余計な流れが発生することが抑制され、遠位端部41aに沈降された分散質の散逸が抑制される。そして、回収液供給口57及び回収液排出口58が遠位端部41aに設けられていることにより、遠位端部41aに沈降された分散質は、回収液供給口57から回収液排出口58に向かう回収液の流れの作用下に置かれ、回収液排出口58に効率よく流れ込む。これにより、分散質の回収効率が高められる。
分散質の回収効率を高める観点から、回収部41の遠位端部41aは、遠位側に向けて断面積が漸減するテーパ状に形成されていることが好ましい。これにより、回収液供給口57から回収液排出口58に向かう回収液の流れの作用下に分散質が密集され、分散質の回収効率がさらに高められる。
遠心分離容器102を備える遠心分離装置101を用いた遠心分離処理では、まず、分離部40が被処理液によって満たされ、回収部41が回収液によって満たされている状態で、被処理液に含まれる分散質の遠心分離が開始される。遠心分離が開始された後は、被処理液は、連続的に又は間欠的に分離部40に供給される。遠心分離が開始されると、分離部40に供給された被処理液に含まれる分散質は分離部40の遠位領域52に沈降される。
遠位領域52に沈降された分散質は、遠心力の作用下で、遠位領域52から連通路42を通って回収部41に逐次移動される。回収部41に移動された分散質は、回収部41内の回収液に分散された状態で回収部41に貯留される。回収部41には、連続的に又はそして、適宜なタイミング(例えば、回収部41に貯留された分散質が回収部41に貯留可能な分散質の上限量に達したタイミング)で間欠的に回収液が供給され、回収部41に貯留されていた分散質が回収部41から排出される。
回収部41に対する回収液の給排がロータリージョイント105を介して行われることから、回収液の給排期間も遠心分離容器102の旋回は継続される。ただし、遠心分離容器102の旋回角速度は回収液の給排期間において低下されてもよい。回収部41に貯留されている分散質は、遠心力の作用下で、回収部41の内側表面に押し付けられているが、遠心分離容器102の旋回角速度が低下されることによって遠心力が弱まり、分散質の排出が促進される。
回収部41に対する回収液の給排によって回収部41に貯留されていた分散質が回収部41から排出されることにより、回収部41は再び分散質を貯留可能となり、遠心分離処理が継続される。これにより、極めて多量の被処理液であっても一度に遠心分離処理することが可能となり、作業効率が一層高められる。また、回収部41に回収液が供給されるだけで回収部41に貯留された分散質が回収部41から排出され且つ回収されるので、回収作業が極めて容易であり、作業効率がさらに高められる。
以上説明したとおり、本明細書に開示されたロータリージョイントは、回転軸まわりに旋回される容器に対して液を供排するロータリージョイントであって、不動に設置される軸体と、上記軸体が挿通され且つ上記軸体まわりに回転される筒体と、を備え、上記軸体の内部に設けられており、上記軸体の外周面に開口を有する軸側供給流路と、上記軸体の内部に設けられており、上記軸体の外周面において上記軸側供給流路の開口とは上記軸体の軸方向に離間した異なる位置に開口を有する軸側排出流路と、上記筒体の内周面から外周面に亘って上記筒体を貫通して設けられており、上記軸側供給流路の上記開口と上記軸体の軸方向に重なる位置に配置されている筒側供給流路と、上記筒体の内周面から外周面に亘って上記筒体を貫通して設けられており、上記軸側排出流路の上記開口と上記軸体の軸方向に重なる位置に配置されている筒側排出流路と、上記軸体の外周面と上記筒体の内周面との間で上記軸体を中心とする環状に設けられており、上記軸側供給流路と上記筒側供給流路とを連通させる供給連通流路と、上記軸体の外周面と上記筒体の内周面との間で上記軸体を中心とする環状に設けられており、上記軸側排出流路と上記筒側排出流路とを連通させる排出連通流路と、を含み、上記筒側供給流路は、上記軸体から上記筒側供給流路と上記供給連通流路との接続部の中心を通って延びる放射方向に対し、上記筒体の回転方向とは反対方向に傾斜しており、上記筒側排出流路は、上記軸体から上記筒側排出流路と上記排出連通流路との接続部の中心を通って延びる放射方向に対し、上記筒体の回転方向と同方向に傾斜している。
また、本明細書に開示されたロータリージョイントは、上記筒側供給流路が、上記軸体に垂直な断面に表れる上記筒側供給流路と上記供給連通流路との接続部の両端のうち上記筒側供給流路の中心軸を挟んで上記軸体側とは反対側に位置する一端を外側端として、上記軸体を中心として外側端を通る円のこの外側端における接線に沿って延びており、上記筒側排出流路は、上記軸体に垂直な断面に表れる上記筒側排出流路と上記排出連通流路との接続部の両端のうち上記筒側排出流路の中心軸を挟んで上記軸体側とは反対側に位置する一端を外側端として、上記軸体を中心として外側端を通る円のこの外側端における接線に沿って延びている。
また、本明細書に開示されたロータリージョイントは、上記供給連通流路及び上記排出連通流路が、上記筒体の内周面に設けられた環状の凹部によって形成されている。
また、本明細書に開示されたロータリージョイントは、上記軸体と上記筒体との間で上記軸体の軸方向に異なる位置に配置されており、上記筒体を回転可能に支持する少なくとも二つのベアリングと、上記軸体と上記筒体との間に配置されており、上記供給連通流路及び上記排出連通流路並びに上記ベアリングを互いに隔絶する複数のシール部材と、をさらに備える。
また、本明細書に開示された遠心分離装置は、上記ロータリージョイントの上記軸側供給流路及び上記軸側排出流路に接続される被処理液給排部と、上記ロータリージョイントの上記筒側供給流路及び上記筒側排出流路に接続される遠心分離容器と、上記ロータリージョイントの上記筒体及び上記遠心分離容器を保持し、上記筒体を上記ロータリージョイントの上記軸体まわりに回転させ且つ上記遠心分離容器を上記軸体まわりに旋回させる駆動部と、を備え、上記ロータリージョイントを介して上記被処理液給排部と上記遠心分離容器との間で被処理液を給排する。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、回転軸まわりに旋回される遠心分離容器であって、上記回転軸を基準として被処理液供給口よりも遠位側に配置される遠位領域及び上記被処理液供給口よりも近位側に配置される近位領域を含み、上記近位領域に被処理液排出口が設けられている分離部と、上記遠位領域よりも遠位側に配置され且つ連通路を介して上記遠位領域の遠位端部に連通されており、被処理液中の遠沈される分散質を分散させる回収液によって満たされる回収部と、を備える。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記回収部が、回収液供給口及び回収液排出口を有する。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記遠位領域が、上記連通路に向けて断面積が漸減するテーパ状に形成されている。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記分離部が、筒状に形成されており、
上記被処理液供給口は、上記分離部の周壁に形成されており、上記遠位領域及び上記近位領域は、上記分離部の軸方向に隣設されている。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記被処理液供給口が、上記分離部の中心軸から上記被処理液供給口の中心を通って延びる放射方向に対し、上記分離部の周方向に傾斜している。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記被処理液供給口が、上記分離部の中心軸に垂直な断面に表れる上記被処理液供給口の両端のうち上記被処理液供給口の中心軸を挟んで上記分離部の中心軸側とは反対側に位置する一端を外側端として、上記分離部の中心軸を中心として上記外側端を通る円の上記外側端における接線に沿って延びている。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記分離部の上記遠位領域及び上記近位領域に跨って収容されており、上記分離部の内周面との間に隙間をあけて且つ内周面に沿って設けられている整流体をさらに備える。
また、本明細書に開示された遠心分離容器は、上記分離部の上記近位領域に収容されており、上記被処理液排出口に流れ込む上記被処理液を濾過するフィルタをさらに備える。
また、本明細書に開示された遠心分離装置は、上記遠心分離容器と、上記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに上記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、上記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して上記遠心分離容器の上記分離部に設けられている上記被処理液供給口及び上記被処理液排出口に接続され、上記遠心分離容器に対して上記被処理液を給排する被処理液給排部と、を備える。
また、本明細書に開示された遠心分離装置は、上記遠心分離容器と、上記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに上記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、上記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して上記遠心分離容器の上記分離部に設けられている上記被処理液供給口及び上記被処理液排出口に接続され、上記分離部に対して上記被処理液を給排する被処理液給排部と、上記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して上記遠心分離容器の上記回収部に設けられている上記回収液供給口及び上記回収液排出口に接続され、上記回収部に対して上記回収液を給排する回収液給排部と、を備える。
本発明は、例えば医薬品、化学品の製造等に用いることができる。
以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。本出願は、2017年1月10日出願の日本特許出願(特願2017-002148)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 遠心分離装置
2 遠心分離容器
3 駆動部
4 被処理液給排部
5 ロータリージョイント
6A,6B 送液管
7A,7B 送液管
10 架台
11 回転テーブル
12 モータ
20 軸体
21 筒体
22 ベアリング
23 シール部材
30 軸側供給流路
30a,30b 開口
31 軸側排出流路
31a,31b 開口
32 筒側供給流路
32a,32b 開口
33 筒側排出流路
33a,33b 開口
34 供給連通流路
35 排出連通流路
40 分離部
41 回収部
41a 遠位端部
42 連通路
50 被処理液供給口
51 被処理液排出口
52 遠位領域
52a 遠位端部
53 近位領域
54 フィルタ
55 継手部分
56 整流体
57 回収液供給口
58 回収液排出口
101 遠心分離装置
102 遠心分離容器
105 ロータリージョイント
108 回収液給排部
C1,C2,C3 円周
E1,E2,E3 外側端
O1,O2,O3 中心
R1,R2,R3 放射方向
T1,T2,T3 接線
X 回転軸
Y 回転方向
Z 中心軸
θ1,θ2,θ3,θ4 角度
P1 筒側供給流路の傾斜方向
P2 筒側排出流路の傾斜方向
本発明は、遠心分離容器遠心分離装置、及び遠心分離方法に関する。
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、分離効率を高めることが可能な遠心分離容器遠心分離装置、及び遠心分離方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の遠心分離容器は、回転軸まわりに旋回される遠心分離容器であって、上記回転軸を基準として被処理液供給口よりも遠位側に配置される遠位領域及び上記被処理液供給口よりも近位側に配置される近位領域を含み、上記近位領域に被処理液排出口が設けられている分離部と、上記遠位領域よりも遠位側に配置され且つ連通路を介して上記遠位領域の遠位端部に連通されており、被処理液中の遠沈される分散質を分散させる回収液によって満たされる回収部と、を備え、上記連通路の断面積は、上記分離部の最も断面積が大きい部分より小さく、かつ、上記回収部の最も断面積が大きい部分より小さく、上記回収部は、回収液供給口及び回収液排出口を有する
本発明の一態様の遠心分離装置は、上記遠心分離容器と、上記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに上記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、上記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して上記遠心分離容器の上記分離部に設けられている上記被処理液供給口及び上記被処理液排出口に接続され、上記遠心分離容器に対して上記被処理液を給排する被処理液給排部と、を備える。
本発明の一態様の遠心分離方法は、上記遠心分離装置を利用する遠心分離方法であって、上記被処理液供給口に分散質を含む被処理液を供給し、上記遠心分離容器を旋回させて、上記分散質を分離する。
本発明によれば、分離効率を高めることが可能な遠心分離容器遠心分離装置、及び遠心分離方法を提供することができる。

Claims (10)

  1. 回転軸まわりに旋回される遠心分離容器であって、
    前記回転軸を基準として被処理液供給口よりも遠位側に配置される遠位領域及び前記被処理液供給口よりも近位側に配置される近位領域を含み、前記近位領域に被処理液排出口が設けられている分離部と、
    前記遠位領域よりも遠位側に配置され且つ連通路を介して前記遠位領域の遠位端部に連通されており、被処理液中の遠沈される分散質を分散させる回収液によって満たされる回収部と、
    を備える遠心分離容器。
  2. 請求項1記載の遠心分離容器であって、
    前記回収部は、回収液供給口及び回収液排出口を有する遠心分離容器。
  3. 請求項1又は2記載の遠心分離容器であって、
    前記遠位領域は、前記連通路に向けて断面積が漸減するテーパ状に形成されている遠心分離容器。
  4. 請求項1から3のいずれか一項記載の遠心分離容器であって、
    前記分離部は、筒状に形成されており、
    前記被処理液供給口は、前記分離部の周壁に形成されており、
    前記遠位領域及び前記近位領域は、前記分離部の軸方向に隣設されている遠心分離容器。
  5. 請求項4記載の遠心分離容器であって、
    前記被処理液供給口は、前記分離部の中心軸から前記被処理液供給口の中心を通って延びる放射方向に対し、前記分離部の周方向に傾斜している遠心分離容器。
  6. 請求項5記載の遠心分離容器であって、
    前記被処理液供給口は、前記分離部の中心軸に垂直な断面に表れる前記被処理液供給口の両端のうち前記被処理液供給口の中心軸を挟んで前記分離部の中心軸側とは反対側に位置する一端を外側端として、前記分離部の中心軸を中心として前記外側端を通る円の前記外側端における接線に沿って延びている遠心分離容器。
  7. 請求項4から6のいずれか一項記載の遠心分離容器であって、
    前記分離部の前記遠位領域及び前記近位領域に跨って収容されており、前記分離部の内周面との間に隙間をあけて且つ当該内周面に沿って設けられている整流体をさらに備える遠心分離容器。
  8. 請求項1から7のいずれか一項記載の遠心分離容器であって、
    前記分離部の前記近位領域に収容されており、前記被処理液排出口に流れ込む前記被処理液を濾過するフィルタをさらに備える遠心分離容器。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載の遠心分離容器と、
    前記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに前記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、
    前記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して前記遠心分離容器の前記分離部に設けられている前記被処理液供給口及び前記被処理液排出口に接続され、前記遠心分離容器に対して前記被処理液を給排する被処理液給排部と、
    を備える遠心分離装置。
  10. 請求項2及び請求項2を引用する請求項3から8のいずれか1項に記載の遠心分離容器と、
    前記遠心分離容器を保持し且つ回転軸まわりに前記遠心分離容器を旋回させる駆動部と、
    前記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して前記遠心分離容器の前記分離部に設けられている前記被処理液供給口及び前記被処理液排出口に接続され、前記分離部に対して前記被処理液を給排する被処理液給排部と、
    前記回転軸上に設置されるロータリージョイントを介して前記遠心分離容器の前記回収部に設けられている前記回収液供給口及び前記回収液排出口に接続され、前記回収部に対して前記回収液を給排する回収液給排部と、
    を備える遠心分離装置。
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