JP4941940B2 - 遠心分離機 - Google Patents

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。

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。

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。

この発明による円錐ピストン固体開放遠心分離機の断面図 図１の遠心分離機の上部の詳細断面図 供給モードでの動作を示す図１の遠心分離機の部分断面図 固体排出モードにおける動作を示す図１の遠心分離機の断面図 図１の遠心分離機の上部の詳細断面図であり、ピストンシャフトはボウルの回転を可能とする非結合状態である。 図１の遠心分離機の上部の詳細断面図であり、ピストンシャフトはボウル内で軸方向にピストンを動かすよう結合された状態である。

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

Claims (10)

1. 供給液体が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と、
   内面が強固な密接関係で前記ボウル内に配置された円錐状ピストンと、該ピストンが接続されたピストン作動器とを備えるピストン組立体と、を備えてなる遠心分離機であって、
   前記ボウルは、供給液体の供給モード動作の間、高速で回転し供給液体を分離液と固体に分離し、該固体を内面に沿って堆積するように動作し、
   前記ピストンは、供給モード動作で開位置に、固体排出モード動作で閉位置になる分離液弁を具備すると共に、該分離液弁は、開位置で、分離液をボウルから分離液排出部への通路に流れさせるよう作用し、閉位置で、前記ボウルの内面に堆積した固体をボウルから分離液排出部への通路への通過を阻止するように作用すると共に、
   前記ピストン作動器は、固体排出モード動作の間、前記ピストンをボウル内の軸方向下方に進めると共に、前記ボウルの円錐状下端部の開口を通してボウルの内面に堆積した固体を排出するように構成されたことを特徴とする遠心分離機。
2. 前記分離液弁は、前記ピストンの概ね中央に位置する環状部材である請求項１記載の遠心分離機。
3. 前記ピストンは、閉位置における分離液弁をバイアスするよう構成し、前記ボウルは、該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、かつ該ハブと前記ピストンは、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動作する請求項１記載の遠心分離機。
4. 前記ピストンは、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少なくとも１つのスプリングを具備する請求項３記載の遠心分離機。
5. 前記ハブは、少なくとも１つの下方に延びるピンを具備し、前記ピストンは、少なくとも１つの開口を有し、該開口を通して前記ピンが分離液弁のピン接触部分に延びるようにし、ハブに抗して位置したときに分離液弁が開位置を維持するようにした請求項３記載の遠心分離機。
6. 前記ピストンと前記ピストン作動器間の結合は、ピストンが、供給モード動作の間、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。
7. 前記ピストンとピストン作動器間の結合が、
   前記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、
   該下方ピストンシャフトに対して第１の位置と第２の位置を有した中空の上方ピストンシャフトであって、第１の位置は、該上方ピストンシャフトが前記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、該上方ピストンシャフトが前記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あり、前記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、該複数のフィンガーは、非緊締位置では下方ピストンシャフトに対して上方ピストンシャフトがスライドでき、
   上方および下方ピストンシャフト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、該結合固定用引き出し棒の下端において、該結合固定用引き出し棒が上方ピストンシャフトに対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上方ピストンシャフトのフィンガーを外方向に付勢するよう構成されており、
   前記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すべく、上方ピストンシャフトに関して前記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による請求項６記載の遠心分離機。
8. 前記力の供給メカニズムは、結合固定用引き出し棒が通って延びると共に、上方および下方ピストンシャフト結合固定用シリンダーを具備し、該ピストンシャフト結合固定用シリンダーは、前記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請求項７記載の遠心分離機。
9. 前記結合固定用引き出し棒に上方の力を与える作動力が、水圧である請求項８記載の遠心分離機。
10. 前記結合固定用引き出し棒に上方の力を与える作動力が、空気圧である請求項８記載の遠心分離機。

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