JP6575946B2 - 回転弁及びクロマトグラフィシステム - Google Patents

回転弁及びクロマトグラフィシステム

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Description

本発明は、弁に関し、より詳しくは回転弁に関する。
弁は、流体の搬送を伴う装置において一般的に使用されている。例えば、中程度の規模の実験室システムにおいて使用される典型的な弁の種類は、回転弁である。
一般に、回転弁は、本明細書においてステータと呼ばれる静止体を有し、ステータは、本明細書においてロータと呼ばれる回転体と協働する。
ステータは、いくつかの入口および出口ポートを備える。これらのポートは、内側ステータ面上の対応する一連のオリフィスに流体に関して連絡したビア穴である。内側ステータ面は、ロータの内側ロータ面に流体を漏らさぬように接触するステータの内面である。ロータは、典型的にはディスクとして形成され、内側ロータ面は、内側ステータ面に押し付けられ、回転しながら協働する。内側ロータ面に、ステータに対するロータの回転位置に応じて種々のオリフィスを相互に接続する1つ以上の溝が設けられている。
回転弁を、高圧(25MPaを超える圧力など)に耐えるように設計することができる。回転弁を、ステンレス鋼、高性能ポリマー材料、およびセラミックなど、或る範囲の材料から製作することができる。
ロータまたはステータにおける入口/出口の数および溝の設計は、個々の弁の意図される用途を反映する。一般的な種類の多目的弁は、1つの入口ポート(典型的には、弁の回転軸に配置される)と、入口ポートの周囲に等間隔で配置されたいくつかの出口ポートとを有する。ロータは、単一の径方向に延びる溝を有し、この溝が、一端を回転中心に有することによって入口に常につながっている一方で、他端は、ステータに対するロータの角度位置に応じていずれか1つの出口につながる。このような弁は、入口から一度に1つの任意の出口に流れを案内するうえで有用である。
疑似移動床システムなどの連続クロマトグラフィのためのクロマトグラフィシステムにおいては、システムの種々のカラムにフィード(feed)およびバッファ(buffer)を正しい順序で供給するために、通常は、多数の弁が使用される。そのようなシステムにおけるより良好な弁装置について、ニーズが存在する。
国際公開第2014/031069号パンフレット
本発明の1つの目的は、連続クロマトグラフィに使用することができる回転弁を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、便利かつ効果的な弁装置を備える連続クロマトグラフィシステムを提供することにある。
これは、内側ステータ面を有するステータと、内側ステータ面と密封の接触を形成するように配置された内側ロータ面を有するロータとを備えており、ロータは、内側ステータ面に対して回転軸を中心にして複数のロータ位置へ回転移動することができ、ステータは、各々が内側ステータ面に位置する対応する弁オリフィスに流体に関して連絡している複数の接続ポートを備え、ロータは、前記弁オリフィスをロータ位置に関連して選択的に流体に関して相互接続するための2つ以上のロータ相互接続経路を備えている、回転弁であって、
ステータは、少なくとも3つの一次接続ポートおよび少なくとも3つの二次接続ポートを備え、
ロータ相互接続経路は、
ロータを異なるロータ位置へ回転させることによって少なくとも3つの二次接続ポートのすべてを一度に1つずつ少なくとも3つの一次接続ポートの各々へ接続できるように、異なるロータ位置において一次接続ポートを二次接続ポートに相互接続するように構成されている、回転弁、において達成される。
これは、少なくとも3つのクロマトグラフィカラムを備えるクロマトグラフィシステムであって、
−当該システムの少なくとも3つのカラムの入口および少なくとも3つの流入に接続された上記で定めたとおりのカラム入口回転弁と、
−当該システムの少なくとも3つのカラムの出口および少なくとも3つの流出へ接続された上記で定めたとおりのカラム出口回転弁と、
−クロマトグラフィプロセスにおいて現時点において一次装てんカラム(load column)として働いているカラムの出口から現時点において二次装てんカラムとして働いているカラムの入口へのフィードの再循環を運ぶフィード再循環流路と
をさらに備えており、
前記フィード再循環流路は、一次装てんカラムとして働いている当該システムのすべてのカラムからフィードの再循環を運び、前記フィード再循環流路は、カラム入口および出口回転弁を介して、カラムの入口および出口に接続されている、クロマトグラフィシステム、においても達成される。
これにより、少なくとも3つのカラムおよび少なくとも3つの流入を、回転弁に接続することができ、回転弁は、流入をカラムのうちの任意の1つに接続することができる。これを、クロマトグラフィシステムにおいて使用することができる。これは、例えば疑似移動床クロマトグラフィシステムにおいて用いるための柔軟な回転弁を提供する。これにより、入口および出口回転弁と、フィードの再循環とを備えるクロマトグラフィシステムを、提供することができる。これは、伝統的な疑似移動床クロマトグラフィシステムと比べて、弁の数がより少なく、流れの接続部がより少ないシステムをもたらす。これは、便利かつ改善された回転弁およびクロマトグラフィシステムを提供する。
本発明の一実施形態において、一次接続ポートの二次接続ポートとの相互接続は、ロータを回転させることによって、疑似移動床プロセスに従って変化する。
本発明の一実施形態において、ロータ相互接続経路のうちの少なくとも2つは、部分的に湾曲した溝である。
本発明の一実施形態において、ロータ相互接続経路は、
−第1のロータ位置においては、第1の一次弁オリフィスを第1の二次弁オリフィスと、第2の一次弁オリフィスを第2の二次弁オリフィスと、第3の一次弁オリフィスを第3の二次弁オリフィスと、第4の一次弁オリフィスを第4の二次弁オリフィスと相互接続し、
−第2のロータ位置においては、第1の一次弁オリフィスを第4の二次弁オリフィスと、第2の一次弁オリフィスを第1の二次弁オリフィスと、第3の一次弁オリフィスを第2の二次弁オリフィスと、第4の一次弁オリフィスを第3の二次弁オリフィスと相互接続し、
−第3のロータ位置においては、第1の一次弁オリフィスを第3の二次弁オリフィスと、第2の一次弁オリフィスを第4の二次弁オリフィスと、第3の一次弁オリフィスを第1の二次弁オリフィスと、第4の一次弁オリフィスを第2の二次弁オリフィスと相互接続し、
−第4のロータ位置においては、第1の一次弁オリフィスを第2の二次弁オリフィスと、第2の一次弁オリフィスを第3の二次弁オリフィスと、第3の一次弁オリフィスを第4の二次弁オリフィスと、第4の一次弁オリフィスを第1の二次弁オリフィスと相互接続する
ように構成される。
本発明の一実施形態において、ロータ相互接続経路のうちの少なくとも2つは、1つの円形溝と、1つの径方向チャネルとを備える。
本発明の一実施形態において、円形溝は、回転弁の中心の周囲に同心円状に位置し、二次弁オリフィスが設けられた異なる半径に対応する異なる半径を有し、径方向チャネルは、それぞれの円形溝から一次弁オリフィスの位置まで届くように設けられる。
本発明の一実施形態においては、余分な一次接続ポートおよび弁オリフィスが、カラムのバイパスおよび/または追加のカラムの設置を可能にするためにステータに設けられる。
クロマトグラフィシステムの一実施形態において、前記クロマトグラフィカラムの入口は、前記入口回転弁の前記一次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記クロマトグラフィカラムの出口は、前記出口回転弁の前記一次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記流入は、前記入口回転弁の前記二次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記流出は、前記出口回転弁の前記二次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記ロータ相互接続経路は、少なくとも3つの流入の各々を入口回転弁によって少なくとも3つのカラム入口の各々に一度に1つずつ接続でき、少なくとも3つの流出の各々を出口回転弁によって少なくとも3つのカラム出口の各々に一度に1つずつ接続できるように設けられ、ロータを回転させることによってカラム入口への流入およびカラム出口への流出が疑似移動床プロセスに従って変化する。
クロマトグラフィシステムの一実施形態において、フィード再循環流路は、検出器を備える。これにより、システムにおける検出器の数を、伝統的な疑似移動床システムと比べて減らすことができる。
本発明の一実施形態による回転弁の概略の側面図である。 本発明の回転弁を使用することができる4つのカラムを備えるクロマトグラフィシステムを概略的に示している。 本発明の回転弁を使用することができる3つのカラムを備えるクロマトグラフィシステムを概略的に示している。 図2aのクロマトグラフィシステムにおいて使用することができる本発明の一実施形態による回転弁を示している。 接続ポートを備えるステータの外側を示している。 図2bのクロマトグラフィシステムにおいて使用することができる本発明の一実施形態による回転弁を示している。 図3aに示した回転弁の種々のロータ位置を示している。 カラムのバイパスが含まれている本発明の一実施形態による回転弁を示している。 図2のクロマトグラフィシステムにおいて使用することができる本発明の別の実施形態による回転弁を示している。 追加の4つのカラムの組を使用することができる本発明の別の実施形態による回転弁を示している。
典型的な回転弁1の主要な部品が、図1に概略的に示されている(ブラケットあるいは同様の荷重支持要素または固定要素は、図示されていない)。回転弁1は、ステータ5と、ロータ12と、回転軸13と、駆動ユニット14とを有しており、回転軸13は、回転軸13の角度位置を認識するための手段(図示せず)を随意により備えてもよく、駆動ユニット14は、典型的にはギヤボックスおよびモータを備えている(ただし、弁は手動操作されてもよい)。ロータは、弁の回転軸RAを中心にしてステータに対して回転可能である。
ステータ5は、ステータ5を内蔵する計器に対して固定され、流体の供給源/出口ならびに弁と協働する任意の構成要素との流体の連絡のためのポートを備えている。ポートは、ステータの任意の適切な部分に、任意の適切な向きに配置されてよい。ポートは、毛管または配管を接続するための手段を備える。そのような手段は、当業者にとって周知の従来からのValco継手など、任意の適切な種類の手段であってよい。ポートは、内側ステータ面5a(すなわち、動作中にロータ12と接触するステータの表面)上の対応する一連の弁オリフィスにチャネルを介して流体に関して連絡する。
ロータ12は、典型的にはディスクとして形成され、動作時に平坦な内側ステータ面5aに対して押し付けられて内側ステータ面5aとの間に密封の接触を実現する内側ロータ面12aを有する。内側ロータ面12aには、ステータに対するロータの回転位置に応じて内側ステータ面5aの種々の弁オリフィスを相互に接続する1つ以上の相互接続経路が設けられる。相互接続経路は、2つの弁オリフィスの間に流体の接触をもたらすことができる任意の種類の経路であってよく、個別のオリフィスを有する内部チャネル、内側ロータ面の溝、などで構成されてよい。
図2aは、本発明による回転弁を設けることができるクロマトグラフィシステム60を概略的に示している。この実施形態においては、4つのカラム11a、11b、11c、11dが、疑似移動床システムにおいて接続されている。しかしながら、カラムの数は、さまざまであってよい。本発明による回転弁を、例えば、さらに詳しく後述される3つのカラムまたは5つ以上のカラムを備えるシステムに使用することができる。本発明によるカラム入口回転弁61が、システム内のカラムの入口に接続される。このカラム入口回転弁61は、システム内のすべてのカラムの入口に接続され、さらに第1の流入16(この実施形態においては、フィードに相当)、第2の流入18(この実施形態においては、フィードの再循環に相当)、第3の流入20(この実施形態においては、再生バッファに相当)、および第4の流入21(この実施形態においては、溶出バッファに相当)に接続される。本発明による回転弁は、この図示のクロマトグラフィシステムにおいて、カラム出口回転弁63としても設けられる。このカラム出口回転弁63は、システム内のすべてのカラムの出口に接続され、さらに第1の流出34(この実施形態においては、フィードの再循環に相当)、第2の流出27(この実施形態においては、フィード出口に相当)、第3の流出29(この実施形態においては、再生出口に相当)、および第4の流出31(この実施形態においては、溶出出口に相当)に接続される。フィードの再循環の流路75が、カラム入口回転弁61とカラム出口回転弁63との間に設けられている。疑似移動床クロマトグラフィシステムにおける一次装てんカラムから二次装てんカラムへのすべてのフィードの再循環は、このフィード再循環流路75を通って運ばれる。検出器77が、フィード再循環流路75に設けられる。この検出器は、フィード再循環流路75を通って流れるフィードの再循環の組成を表す流出物信号を検出するように構成される。一実施形態において、検出器は、UV検出器であり、すなわち試料のUV吸収度を測定する。他に考えられる種類の検出器は、pH、伝導度、光散乱、蛍光、IR、または可視光を検出する。検出器のこの定義は、本明細書の全体を通して同じであろう。
図2bは、本発明による回転弁を設けることができるクロマトグラフィシステム60’を概略的に示している。この実施形態においては、3つのカラム11a’、11b’、11c’が、疑似移動床システムにおいて接続されている。本発明によるカラム入口回転弁61’が、システム内のカラムの入口に接続される。このカラム入口回転弁61’は、システム内のすべてのカラムの入口に接続され、さらに第1の流入16’(この実施形態においては、フィードに相当)、第2の流入18’(この実施形態においては、フィードの再循環に相当)、および第3の流入20’(この実施形態においては、再生バッファおよび溶出バッファに相当)に接続される。本発明による回転弁は、この図示のクロマトグラフィシステムにおいて、カラム出口回転弁63’としても設けられる。このカラム出口回転弁63’は、システム内のすべてのカラムの出口に接続され、さらに第1の流出34’(この実施形態においては、フィードの再循環に相当)、第2の流出27’(この実施形態においては、フィード出口に相当)、および第3の流出29’(この実施形態においては、再生および溶出出口に相当)に接続される。フィードの再循環の流路75’が、カラム入口回転弁61’とカラム出口回転弁63’との間に設けられている。疑似移動床クロマトグラフィシステムにおける一次装てんカラムから二次装てんカラムへのすべてのフィードの再循環は、このフィード再循環流路75’を通って運ばれる。検出器77’が、フィード再循環流路75’に設けられる。
フィードの再循環を備える模擬移動床法のためのスケジュールは、本発明の一実施形態において、フィードが第1のカラム11aに向けられる場合に、第1のカラム11aからの流出が第2のカラム11bの入口に向けられなければならないスケジュールである。これにより、第2のカラム11bが、二次装てんカラムとして機能し、第1のカラムが、一次装てんカラムとして機能する。例えばUVまたは時間によって測定することができるが、第1のカラムがいっぱいになったとき、フィードは、第1のカラムの代わりに第2のカラム11bに直接向けられ(結果として、第2のカラム11bが一次装てんカラムとして働き)、第2のカラム11bからの流出が、第3のカラム11cの入口に向けられ、したがって第3のカラム11cが二次装てんカラムとして働く。同時に、溶出バッファ(第4の流入21)を第1のカラム11aの入口に向け、第1のカラム11aからの流出を第4の流出31(溶出出口)に向けることによって、第1のカラム11aの溶出が行われる。フィードが第3のカラム11cに直接向けられるとき、第2のカラムの溶出が行われると同時に、第1のカラムの再生が行われることによって、再生バッファが第3の流入20によって第1のカラム11aの入口にもたらされ、流出が第3の流出29(再生出口)に向けられる。連続プロセスにおける最後の段階は、フィードが第4のカラム11dに直接向けられるときに、第1のカラム11aが二次装てんカラムとして働くことである。したがって、第1のカラム11aからの流出が、第2の流出27によってフィード出口に向けられる。これは、周期的逆流(periodic counter current)とも称される疑似移動床技術における公知のプロセスである。フィードの再循環の利点は、捕らえられないフィードが存在した場合に、そのようなフィードが失われる恐れが少なくなり、したがってフィードにおいてカラムにもたらされる試料の量を、通常のクロマトグラフィよりもはるかに多くできる点にある。一次装てんカラムを通過した後のフィード液体に捕らえられていないフィードが残る場合に、二次装てんカラムにおいて捕らえられるもう1回の機会が存在する。このプロセスが、リサイクルされる。入口および出口弁は、これらの上述の流れがもたらされるように制御システムから制御される。
図3aが、図2aに示した本発明の実施形態において使用することができるカラム入口または出口回転弁61、63について、考えられる設計を示している。回転弁は、内側ステータ面を有するステータと、内側ステータ面に接触して密封を形成するように配置された内側ロータ面を有するロータとを備える。ロータは、内側ステータ面に対して回転軸を中心にして回転して複数のロータ位置に移動することができる。ステータは、各々が内側ステータ面に位置する対応する弁オリフィスに流体に関して連絡している複数の接続ポートを備え、ロータは、前記弁オリフィスをロータ位置に関連して選択的に流体に関して相互接続するための2つ以上の相互接続経路を備える。図3aにおいては、内側ステータ面の弁オリフィスと、ロータの相互接続経路とが、同じ図に示されている。図3bには、ステータの外側の接続ポートが示されている。しかしながら、これらの接続ポートを、任意の望まれるやり方で配置することが可能である。図2aにおいて用いられる回転弁のこの実施形態において、ステータは、4つの一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4を備えており、4つの一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4の各々が、ステータの対応する一次接続ポート(図3bに示されている図では、C11、C22、C33の3つだけしか見て取ることができない)に流体に関して連絡している。この例では、一次接続ポートは、システム内のカラムに接続される。ステータは、4つの二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dをさらに備えており、4つの二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dの各々が、ステータの対応する二次接続ポート(図3bに示されている図では、850a、850bの2つだけしか見て取ることができない)に流体に関して連絡している。この例において、二次接続ポートは、図2aに示したシステムにおける流入(入口回転弁の場合)または流出(出口回転弁の場合)に接続される。ロータ内の相互接続経路は、ロータを種々のロータ位置に回転させることによってすべての二次弁オリフィスを一度に1つずつ各々の一次弁オリフィスに接続できるように、種々のロータ位置において一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4を二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dと相互接続するように配置される。
図3aにおいて、ステータ弁オリフィスは、円によって示されている。C1、C2、C3、およびC4で指し示される4つの一次弁オリフィスが存在する。ステータの対応する一次接続ポートは、この実施形態においては、システム内のカラムへの接続である。さらに、4つの二次弁オリフィス、すなわち第1の二次弁オリフィス85a、第2の二次弁オリフィス85b、第3の二次弁オリフィス85c、および第4の二次弁オリフィス85dが存在する。入口回転弁61に関しては、第1の二次弁オリフィス85aが、図2aに示される実施形態において、ステータ内の対応する第1の二次接続ポートを介してフィードに接続され、第2の二次弁オリフィス85bが、ステータ内の対応する第2の二次接続ポートを介してフィードの再循環に接続され、第3の二次弁オリフィス85cが、ステータ内の対応する第3の二次接続ポートを介して再生に接続され、第4の二次弁オリフィス85dが、ステータ内の対応する第4の二次接続ポートを介して溶出に接続される。回転弁が出口回転弁63として使用される場合は、第1の二次弁オリフィス85aが、ステータ内の第1の二次接続ポートを介して上述のようにフィードの再循環に接続され、第2の二次弁オリフィス85bが、ステータ内の第2の二次接続ポートを介してフィード出口に接続され、第3の二次弁オリフィス85cが、ステータの第3の二次接続ポートを介して再生出口に接続され、第4の二次弁オリフィス85dが、ステータの第4の二次接続ポートを介して上述のように溶出出口に接続される。
しかしながら、これらの二次弁オリフィスの順序および構成ならびに名称は、疑似移動床プロセスが回転弁のロータの回転から得られる限りにおいて、違うものであってもよい。回転弁のロータにおいて、ロータ相互接続経路は、この実施形態においては、溝として設けられる。この実施形態において、これらのロータ相互接続経路のうちの3つは、部分的に円の一部に沿って設けられている。ロータ相互接続経路は、一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4の各々が回転弁の各々の回転位置において二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dのそれぞれ1つに接続されるように配置されている。回転弁のロータを4つの異なる位置に回転させることによって、流入/流出(図2a)のカラムへの接続が、疑似移動床プロセスに従って変化する。これが、図4a〜図4dにも示されている。すなわち、
−回転弁の第1の回転位置(図4a)においては、第1の一次弁オリフィスC1が、第1の二次弁オリフィス85aに接続され、第2の一次弁オリフィスC2が、第2の二次弁オリフィス85bに接続され、第3の一次弁オリフィスC3が、第3の二次弁オリフィス85cに接続され、第4の一次弁オリフィスC4が、第4の二次弁オリフィス85dに接続され、
−回転弁の第2の回転位置(図4b)においては、第1の一次弁オリフィスC1が、第4の二次弁オリフィス85dに接続され、第2の一次弁オリフィスC2が、第1の二次弁オリフィス85aに接続され、第3の一次弁オリフィスC3が、第2の二次弁オリフィス85bに接続され、第4の一次弁オリフィスC4が、第3の二次弁オリフィス85cに接続され、
−回転弁の第3の回転位置(図4c)においては、第1の一次弁オリフィスC1が、第3の二次弁オリフィス85cに接続され、第2の一次弁オリフィスC2が、第4の二次弁オリフィス85dに接続され、第3の一次弁オリフィスC3が、第1の二次弁オリフィス85aに接続され、第4の一次弁オリフィスC4が、第2の二次弁オリフィス85bに接続され、
−回転弁の第4の回転位置(図4d)においては、第1の一次弁オリフィスC1が、第2の二次弁オリフィス85bに接続され、第2の一次弁オリフィスC2が、第3の二次弁オリフィス85cに接続され、第3の一次弁オリフィスC3が、第4の二次弁オリフィス85dに接続され、第4の一次弁オリフィスC4が、第1の二次弁オリフィス85aに接続される。
本発明のこの図示の実施形態において、4つの一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4は、ステータ上の一次円81を巡って互いに等間隔に設けられている。4つの二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dは、異なるロータ位置において4つの一次弁オリフィスのそれぞれ1つに上述のとおりの疑似移動床プロセスに適した順序でつながることができるように、内側ステータ面に配置されている。図3aおよび4に示された実施形態において、二次弁オリフィスの位置は、二次弁オリフィスのうちの2つについて、一次弁オリフィスが設けられる一次円81の内側に設けられ、それらのうちの1つは、ステータの中心に位置する。この例において、第4の二次弁オリフィス85dの位置が、ステータの中心に設けられ、第1の二次弁オリフィス85aの位置が、中心と一次円81との間に設けられることが、示されている。ここでは第2の二次弁オリフィス85bおよび第3の二次弁オリフィス85cと呼ばれる残りの2つの二次弁オリフィスは、一次円81の外側において中心からの異なる半径に設けられ、別の方向にも引き離されている。したがって、ロータ内のロータ相互接続経路の設計は、4つのすべての一次弁オリフィスを異なるロータ位置において二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dのそれぞれ1つに接続できるように設けられなければならない。これを達成するために、ロータ相互接続経路のうちの少なくとも3つは、曲げられた部分を備える必要がある。この実施形態において、第1のロータ相互接続経路89aが、すべてのロータ位置において第4の二次弁オリフィス85dを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のうちの1つに接続するように設けられる。第2のロータ相互接続経路89bが、すべてのロータ位置において第1の二次弁オリフィス85aを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のうちの1つに接続するように設けられる。これを実現するために、第2のロータ相互接続経路89bは、部分的に、一次円81の内側の円の一部に沿った湾曲溝として設けられる。さらに、第2のロータ相互接続経路89bは、第1の二次弁オリフィス85aを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のすべてに各々のロータ位置において1つずつ接続できるように、湾曲部から一次円81の位置まで外方向に延びている延長部91を備える。第3のロータ相互接続経路89cが、すべてのロータ位置において第2の二次弁オリフィス85bを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のうちの1つに接続するように設けられる。これを実現するために、第3のロータ相互接続経路89cは、部分的に、一次円81の外側の円の一部に沿った湾曲溝として設けられる。さらに、第3のロータ相互接続経路89cは、第2の二次弁オリフィス85bを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のすべてに各々のロータ位置において1つずつ接続できるように、湾曲部から一次円81の位置まで内側に延びている延長部93を備える。第4のロータ相互接続経路89dが、すべてのロータ位置において第3の二次弁オリフィス85cを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のうちの1つに接続するように設けられる。これを実現するために、第4のロータ相互接続経路89dは、部分的に、一次円81の外側かつ第3のロータ相互接続経路89cの外側の円の一部に沿った湾曲溝として設けられる。さらに、第4のロータ相互接続経路89dは、第3の二次弁オリフィス85cを一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4のすべてに各々のロータ位置において1つずつ接続できるように、湾曲部から一次円81の位置まで内側に延びている延長部95を備える。この延長部95は、すべての接続を適切に可能にするために湾曲させられ、あるいは傾けられる必要がある。種々のステータ弁オリフィスの機能および位置は、上述のとおりの疑似移動床プロセスが異なるロータ位置によって達成される限りにおいて、さまざまであってよい。
図3aに示したとおりの入口回転弁および出口回転弁により、図2aに示した疑似移動床システム60を動作させることができ、フィードの再循環をただ1つのフィード再循環流路75を通じてもたらすことができる。したがって、このフィード再循環流路75は、入口回転弁61の第2の二次弁オリフィス85bおよび出口回転弁63の第1の二次弁オリフィス85aに接続される。
図3cが、図2bに示した本発明の実施形態において使用することができるカラム入口または出口回転弁61’、63’について、考えられる設計を示している。図3cにおいては、内側ステータ面の弁オリフィスと、ロータ上の相互接続経路とが、同じ図に示されている。図2bにおいて用いられる回転弁のこの実施形態において、ステータは、3つの一次弁オリフィスB1、B2、B3を備えており、3つの一次弁オリフィスB1、B2、B3の各々が、ステータの対応する一次接続ポートに流体に関して連絡している。この例では、一次接続ポートは、システム内のカラムに接続される。ステータは、3つの二次弁オリフィス185a、185b、185cをさらに備え、3つの二次弁オリフィス185a、185b、185cの各々が、ステータの対応する二次接続ポートに流体に関して連絡している。この例において、二次接続ポートは、図2bに示したシステムにおける流入(入口回転弁の場合)または流出(出口回転弁の場合)に接続される。ロータ内の相互接続経路は、ロータを種々のロータ位置に回転させることによってすべての二次弁オリフィスを一度に1つずつ各々の一次弁オリフィスに接続できるように、種々のロータ位置において一次弁オリフィスB1、B2、B3を二次弁オリフィス185a、185b、185cと相互接続するように配置される。
図3cにおいて、ステータ弁オリフィスは、円によって示されている。入口回転弁61’に関しては、第1の二次弁オリフィス185aが、図2bに示される実施形態において、ステータ内の対応する第1の二次接続ポートを介してフィードに接続され、第2の二次弁オリフィス185bが、ステータ内の対応する第2の二次接続ポートを介してフィードの再循環に接続され、第3の二次弁オリフィス185cが、ステータ内の対応する第3の二次接続ポートを介して再生および溶出に接続される。回転弁が出口回転弁63’として使用される場合は、第1の二次弁オリフィス185aが、ステータ内の第1の二次接続ポートを介して上述のようにフィードの再循環に接続され、第2の二次弁オリフィス185bが、ステータ内の第2の二次接続ポートを介してフィード出口に接続され、第3の二次弁オリフィス185cが、上述のようにステータの第3の二次接続ポートを介して再生および溶出出口に接続される。
しかしながら、これらの二次弁オリフィスの順序および構成ならびに名称は、疑似移動床プロセスが回転弁のロータの回転から得られる限りにおいて、違うものであってもよい。回転弁のロータにおいて、ロータ相互接続経路は、この実施形態においては、溝として設けられる。この実施形態において、これらのロータ相互接続経路のうちの2つは、部分的に円の少なくとも一部に沿って設けられている。ロータ相互接続経路は、一次弁オリフィスB1、B2、B3の各々が回転弁の各々の回転位置において二次弁オリフィス185a、185b、185cのそれぞれ1つに接続されるように配置されている。回転弁のロータを3つの異なる位置に回転させることによって、流入/流出(図2b)のカラムへの接続が、疑似移動床プロセスに従って変化する。
本発明のこの図示の実施形態において、3つの一次弁オリフィスB1、B2、B3は、ステータ上の一次円181を巡って互いに等間隔に設けられている。3つの二次弁オリフィス185a、185b、185cは、異なるロータ位置において3つの一次弁オリフィスのそれぞれ1つに上述のとおりの疑似移動床プロセスに適した順序でつながることができるように、内側ステータ面に配置されている。図3cに示された実施形態において、二次弁オリフィスの位置は、二次弁オリフィスのうちの2つについて、一次弁オリフィスが設けられる一次円181の内側に設けられ、それらのうちの1つは、ステータの中心に位置する。この例において、第3の二次弁オリフィス185cの位置が、ステータの中心に設けられ、第1の二次弁オリフィス185aの位置が、中心と一次円181との間に設けられることが、示されている。ここでは第2の二次弁オリフィス185bと呼ばれる最後の二次弁オリフィスは、一次円181の外側に設けられる。したがって、ロータ内のロータ相互接続経路の設計は、3つのすべての一次弁オリフィスを異なるロータ位置において二次弁オリフィス185a、185b、185cのそれぞれ1つに接続できるように設けられなければならない。これを達成するために、ロータ相互接続経路のうちの少なくとも2つは、湾曲した部分を備える必要がある。この実施形態においては、第1のロータ相互接続経路189aが、すべてのロータ位置において第3の二次弁オリフィス185cを一次弁オリフィスB1、B2、B3のうちの1つに接続するように設けられる。第2のロータ相互接続経路189bが、すべてのロータ位置において第1の二次弁オリフィス185aを一次弁オリフィスB1、B2、B3のうちの1つに接続するように設けられる。これを実現するために、第2のロータ相互接続経路189bは、部分的に、一次円181の内側の円の一部に沿った湾曲溝として設けられる。さらに、第2のロータ相互接続経路189bは、第1の二次弁オリフィス185aを一次弁オリフィスB1、B2、B3のすべてに各々のロータ位置において1つずつ接続できるように、湾曲部から一次円181の位置まで外方向に延びている延長部191を備える。第3のロータ相互接続経路189cが、すべてのロータ位置において第2の二次弁オリフィス185bを一次弁オリフィスB1、B2、B3のうちの1つに接続するように設けられる。これを実現するために、第3のロータ相互接続経路189cは、この実施形態においては、一次円181の外側の完全な円として設けられる。さらに、第3のロータ相互接続経路189cは、第2の二次弁オリフィス185bを一次弁オリフィスB1、B2、B3のすべてに各々のロータ位置において1つずつ接続できるように、湾曲部から一次円181の位置まで内側に延びている延長部193を備える。種々のステータ弁オリフィスの機能および位置は、上述のとおりの疑似移動床プロセスが異なるロータ位置によって達成される限りにおいて、さまざまであってよい。
図3cに示したとおりの入口回転弁および出口回転弁により、図2bに示した疑似移動床システム60’を動作させることができ、フィードの再循環をただ1つのフィード再循環流路75’を通じてもたらすことができる。したがって、このフィード再循環流路75’は、入口回転弁61’の第2の二次弁オリフィス185bおよび出口回転弁63’の第1の二次弁オリフィス185aに接続される。
図5が、図2aに示した実施形態において使用することができる回転弁の別の実施形態の設計を示している。この実施形態においては、カラムのバイパスの機能が取り入れられている。これをもたらすために、4つの余分な一次弁オリフィスC1’、C2’、C3’、C4’が、一次円81上の一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4の間に設けられている。流れの接続を、流体をカラムに進入させることなくシステムを通って送ることができるように、入口および出口弁の間にもたらすことができる。これを、システムの洗浄に使用することができる。ロータおよびステータの設計は、これを除いて、先の実施形態について説明した設計とほとんど同じであり、ここではさらには説明しない。
図6が、図3aおよび5に示した回転弁の別の実施形態を示している。この実施形態は、図5に関して説明したとおりのバイパスの機能を備えても、備えなくてもよい。ここで、4つの余分な一次弁オリフィスC1’、C2’、C3’、およびC4’が示されているが、これらを省略することも可能である。4つの一次弁オリフィスC1、C2、C3、およびC4が、この実施形態において示されている。4つの一次弁オリフィスC1、C2、C3、およびC4は、図3aに示した実施形態について説明したやり方と同じやり方で、一次円81を巡って等間隔で設けられている(しかしながら、この実施形態においては、この一次円81を、実際には、さらに後述されるように中心から任意の半径距離に設けることができる)。ステータの二次弁オリフィス85a、85b、85c、85dも、図3aに関連して説明した実施形態と同じ位置に設けられる。相違点は、ロータ相互接続経路が、内側ロータ面の円形溝と、ロータ内に穿孔された径方向のチャネルとに分割されていることにある。これにより、円形溝は、径方向のチャネルと干渉することがなく、円形溝を、完全な円として設けることができる。さらに詳しくは、第1のロータ相互接続経路89a’が、第4の一次弁オリフィスC4と第4の二次弁オリフィス85dとを接続する第1の径方向のチャネルとして設けられている。このチャネルは、ロータの表面の下方かつさらに後述される円形溝の底の下方に設けられている。第2のロータ相互接続経路89b’が、2つの部分を備えており、すなわち一次円81の内側において第1の二次弁オリフィス85aと同じ中心からの距離に設けられた1つの第2の円形溝部分189bと、1つの第2の径方向チャネル部分289bとを備えている。第2の径方向チャネル部分289bは、一次円81から第1の二次弁オリフィス85aの位置まで設けられているが、ロータの内部に穿孔されている。第3のロータ相互接続経路89c’も、2つの部分を備えており、すなわち一次円81の外側において第2の二次弁オリフィス85bと同じ中心からの距離に設けられた1つの第3の円形溝部分189cと、1つの第3の径方向チャネル部分289cとを備えている。第3の径方向チャネル部分289cは、第3の円形溝部分189cから一次円81まで設けられ、ロータの内部に穿孔されている。第4のロータ相互接続経路89d’も、2つの部分を備えており、すなわち第3の円形溝部分189cの外側において第3の二次弁オリフィス85cと同じ中心からの距離に設けられた1つの第4の円形溝部分189dと、1つの第4の径方向チャネル部分289dとを備えている。第4の径方向チャネル部分289dは、第4の円形溝部分189dから一次円81まで設けられ、ロータの内部に穿孔されている。これにより、円形溝を、図3に示した実施形態と異なり、完全な円として設けることができる。やはり図6に示されるとおり、バイパスを、一次円81上にバイパスカラム接続C1’、C2’、C3’、C4’を備えることによって、この実施形態にも設けることができる。ロータの内部の穿孔によるチャネルを使用するこの方法によれば、チャネルが互いに干渉するという問題を解消できるため、一次弁オリフィスC1、C2、C3、C4を、所望のとおりの任意の径方向距離に設けることが可能である。
図7が、図6に関連して説明した実施形態と同様の本発明の別の実施形態を示している。唯一の相違点は、一次円81上にもう1組の一次弁オリフィスが設けられていることにある。このやり方で、4つのカラムからなる第2の組を、システムに接続することができる。第1組の4つのカラムが最初に何回かのクロマトグラフィサイクルについて使用される場合、第2組の4つのカラムを、第1組が交換または清掃を必要とするときに使用することができる。これは、システムに効率の改善をもたらす。さらに、この図示の実施形態においては、カラムのバイパスも提供される。
本発明による回転弁は、上述の実施形態において開示された原理と同じ原理に従って、接続されるカラムの数が他の数である場合にも採用可能である。例えば、円形溝と径方向チャネルとを備えている図6に示した実施形態において、システムにおける追加のカラムのために、追加の円形溝および径方向チャネルを単純に追加することができる。5つのカラムを使用するシステムを、例えば、再生工程が2つの工程(1つがその場でのカラムの清掃であり、1つが平衡化である)に分割される場合に使用することができる。6つのコラムでさえも、溶出が洗浄および溶出に分割される場合に、システムにおいて使用することができる。
他の可能性は、本発明による回転弁を入口または出口弁のいずれかとして使用し、カラムの他方の側には他の伝統的な弁を使用することであり、すなわち本発明による回転入口弁が入口側に使用される場合に、伝統的な別々の出口弁をカラムの出口について使用し、あるいは本発明による回転出口弁が使用される場合に、伝統的な別々の入口弁をカラムに使用することである。これも、本発明に包含されるべきである。
1 回転弁
5 ステータ
5a 内側ステータ面
11a、11a’、11b、11b’、11c、11c’、11d カラム
12 ロータ
12a 内側ロータ面
13 回転軸
14 駆動ユニット
16、16’ 第1の流入(フィード)
18、18’ 第2の流入(フィードの再循環)
20 第3の流入(再生バッファ)
20’ 第3の流入(再生バッファおよび溶出バッファ)
21 第4の流入(溶出バッファ)
27、27’ 第2の流出(フィード出口)
29 第3の流出(再生出口)
29’ 第3の流出(再生および溶出出口)
31 第4の流出(溶出出口)
34、34’ 第1の流出(フィードの再循環)
60、60’ クロマトグラフィシステム、疑似移動床システム
61、61’ カラム入口回転弁
63、63’ カラム出口回転弁
75、75’ フィード再循環流路
77、77’ 検出器
81 一次円
85a、85b、85c、85d 二次弁オリフィス
89a、89a’、89b、89b’、89c、89c’、89d、89d’ ロータ相互接続経路
91 延長部
93 延長部
95 延長部
181 一次円
185a、185b、185c 二次弁オリフィス
189a、189b、189c、189d ロータ相互接続経路
189b、189c、189d 円形溝部分
191 延長部
193 延長部
289b、289c、289d 径方向チャネル部分
850a、850b 二次接続ポート
B1、B2、B3 一次弁オリフィス
C1、C2、C3、C4 一次弁オリフィス
C1’、C2’、C3’、C4’ 余分な一次弁オリフィス
C11、C22、C33 一次接続ポート
RA 回転軸

Claims (9)

  1. 内側ステータ面(5a)を有するステータ(5)と、前記内側ステータ面(5a)と密封の接触を形成するように配置された内側ロータ面(12a)を有するロータ(12)とを備えており、前記ロータ(12)は、前記内側ステータ面(5a)に対して回転軸(RA)を中心にして複数のロータ位置に回転移動することができ、前記ステータ(5)は、各々が前記内側ステータ面(5a)に位置する対応する弁オリフィスに流体に関して連絡している複数の接続ポートを備え、前記ロータ(12)は、前記弁オリフィスを前記ロータ位置に関連して選択的に流体に関して相互接続するための2つ以上のロータ相互接続経路を備えている、回転弁であって、
    前記ステータ(5)は、少なくとも3つの一次接続ポートおよび少なくとも3つの二次接続ポートを備え、
    前記ロータ相互接続経路は、前記ロータ(12)を異なるロータ位置に回転させることによって少なくとも3つの二次接続ポートのすべてを一度に1つずつ少なくとも3つの一次接続ポートの各々に接続できるように、前記異なるロータ位置において前記一次接続ポートを前記二次接続ポートに相互接続するように構成されており
    前記ロータ相互接続経路は、
    第1のロータ位置においては、第1の一次弁オリフィス(C1)を第1の二次弁オリフィス(85a)と、第2の一次弁オリフィス(C2)を第2の二次弁オリフィス(85b)と、第3の一次弁オリフィス(C3)を第3の二次弁オリフィス(85c)と、第4の一次弁オリフィス(C4)を第4の二次弁オリフィス(85d)と相互接続し、
    第2のロータ位置においては、前記第1の一次弁オリフィス(C1)を前記第4の二次弁オリフィス(85d)と、前記第2の一次弁オリフィス(C2)を前記第1の二次弁オリフィス(85a)と、前記第3の一次弁オリフィス(C3)を前記第2の二次弁オリフィス(85b)と、前記第4の一次弁オリフィス(C4)を前記第3の二次弁オリフィス(85c)と相互接続し、
    第3のロータ位置においては、前記第1の一次弁オリフィス(C1)を前記第3の二次弁オリフィス(85c)と、前記第2の一次弁オリフィス(C2)を前記第4の二次弁オリフィス(85d)と、前記第3の一次弁オリフィス(C3)を前記第1の二次弁オリフィス(85a)と、前記第4の一次弁オリフィス(C4)を前記第2の二次弁オリフィス(85b)と相互接続し、
    第4のロータ位置においては、前記第1の一次弁オリフィス(C1)を前記第2の二次弁オリフィス(85b)と、前記第2の一次弁オリフィス(C2)を前記第3の二次弁オリフィス(85c)と、前記第3の一次弁オリフィス(C3)を前記第4の二次弁オリフィス(85d)と、前記第4の一次弁オリフィス(C4)を前記第1の二次弁オリフィス(85a)と相互接続する
    ように構成されている、回転弁。
  2. 前記ロータ(12)を回転させることによって、前記一次接続ポートの前記二次接続ポートとの相互接続は、疑似移動床プロセスに従って変化する、請求項1に記載の回転弁。
  3. 前記ロータ相互接続経路のうちの少なくとも2つは、部分的に湾曲した溝である、請求項1または2に記載の回転弁。
  4. 前記ロータ相互接続経路のうちの少なくとも2つは、1つの円形溝と、1つの径方向チャネルとを備えている、請求項1乃至のいずれか1項に記載の回転弁。
  5. 前記円形溝は、当該回転弁の中心の周囲に同心円状に位置し、前記二次弁オリフィスが設けられた異なる半径に対応する異なる半径を有しており、前記径方向チャネルは、それぞれの円形溝から前記一次弁オリフィスの位置まで届くように設けられている、請求項に記載の回転弁。
  6. 余分な一次接続ポートおよび弁オリフィスが、カラムのバイパスおよび/または追加のカラムの設置を可能にするために前記ステータ(5)に設けられている、請求項1乃至のいずれか1項に記載の回転弁。
  7. 少なくとも3つのクロマトグラフィカラム(11a、11b、11c、11d)を備えるクロマトグラフィシステムであって、
    当該システムの少なくとも3つのカラムの入口に接続された少なくとも3つの一次接続ポートとおよび少なくとも3つの流入に接続された少なくとも3つの二次接続ポートとを含むカラム入口回転弁(61、61’)と、
    当該システムの少なくとも3つのカラムの出口に接続された少なくとも3つのさらなる一次接続ポートおよび少なくとも3つの流出に接続された少なくとも3つのさらなる二次接続ポートとを含むカラム出口回転弁(63、63’)と、を備え、
    前記カラム入口および出口回転弁(61、61’、63、63’)は、クロマトグラフィプロセスにおいて現時点において一次装てんカラムとして働いている前記クロマトグラフィカラムのうちの一つの出口から現時点において二次装てんカラムとして働いている前記クロマトグラフィカラムのうちの一つの入口へのフィードの再循環が可能なフィード再循環流路(75)を提供するものであり、
    前記フィード再循環流路は、一次装てんカラムとして順番に働いている当該システムのすべてのクロマトグラフィカラムから前記フィードの再循環をさらにぶことを可能とし、前記フィード再循環流路は、前記カラム入口および出口回転弁(61、61’、63、63’)を介して、前記カラムの入口および出口に順番に接続されており、
    前記カラム入口および出口回転弁(61、61’、63、63’)は、
    内側ステータ面(5a)を有するステータ(5)と、前記内側ステータ面(5a)と密封の接触を形成するように配置された内側ロータ面(12a)を有するロータ(12)とを備えており、前記ロータ(12)は、前記内側ステータ面(5a)に対して回転軸(RA)を中心にして複数のロータ位置に回転移動することができ、前記ステータ(5)は、各々が前記内側ステータ面(5a)に位置する対応する弁オリフィスに流体に関して連絡している複数の接続ポートを備え、前記ロータ(12)は、前記弁オリフィスを前記ロータ位置に関連して選択的に流体に関して相互接続するための2つ以上のロータ相互接続経路を備えており、
    前記ステータ(5)は、前記少なくとも3つの一次接続ポートおよび前記さらなる一次接続ポートと、前記少なくとも3つの二次接続ポートおよび前記さらなる二次接続ポートとを備え、
    前記ロータ相互接続経路は、前記フィード再循環流路が形成されるように、前記異なるロータ位置において、前記一次接続ポートを前記二次接続ポートに相互接続するように構成されている、クロマトグラフィシステム。
  8. 前記クロマトグラフィカラムの入口は、前記入口回転弁(61、61’)の前記一次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記クロマトグラフィカラムの出口は、前記出口回転弁(63、63’)の前記一次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記流入は、前記入口回転弁(61、61’)の前記二次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記流出は、前記出口回転弁(63、63’)の前記二次接続ポートの各々に1つずつ接続され、前記ロータ相互接続経路は、少なくとも3つの流入の各々を前記入口回転弁(61、61’)によって少なくとも3つのカラム入口の各々に一度に1つずつ接続でき、少なくとも3つの流出の各々を前記出口回転弁(63、63’)によって少なくとも3つのカラム出口の各々に一度に1つずつ接続できるように設けられ、前記ロータを回転させることによって前記カラム入口への流入および前記カラム出口への流出が疑似移動床プロセスに従って変化する、請求項に記載のクロマトグラフィシステム。
  9. 前記フィード再循環流路(75)は、検出器(77)を備える、請求項またはに記載のクロマトグラフィシステム。
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