KR102566434B1

KR102566434B1 - 원심 분리기

Info

Publication number: KR102566434B1
Application number: KR1020217021250A
Authority: KR
Inventors: 카스페르 회그룬드
Original assignee: 알파 라발 코포레이트 에이비
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2023-08-11
Also published as: SG11202105451XA; CN113164985A; US11358155B2; SG11202105377PA; US20220055043A1; KR20210097194A; WO2020120365A1; JP7193639B2; AU2019398290B2; EP3894084A1; CN113164985B; CN113164979A; JP2022512182A; EP3666389A1; AU2019396482B2; KR102566697B1; CA3122172A1; US20220001396A1; CA3122455A1; WO2020120364A1

Abstract

따라서, 원심 분리기용 교환 가능한 분리 인서트는 분리 디스크의 스택이 회전축 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간을 에워싸는 회전자 케이싱을 포함한다. 상기 회전자 케이싱은 제1 및 제2 고정부 사이에 축방향으로 배열된다. 인서트는 상기 분리 공간으로의 분리될 유체 혼합물의 공급을 위한 공급물 입구, 제1 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 경질상 출구, 및 상기 제1 밀도보다 더 높은 제2 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 중질상 출구를 더 포함한다. 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 2개는 상기 회전자 케이싱의 제1 축방향 단부에 배열된다. 제1 밀봉 조립체가 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개를 상기 제1 고정부 내의 대응하는 입구 도관 및/또는 출구 도관에 밀봉하여 연결한다. 상기 제1 밀봉 조립체는 상기 회전자 케이싱에 부착된 회전 가능부 및 상기 고정부에 부착된 고정부를 포함한다. 상기 회전 가능부 및 상기 고정부는 축방향으로 정렬되고 서로에 대해 밀봉된다. 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 및 제2 부재의 모두가 상기 회전 가능부를 통해 유도되고 상기 대응하는 입구 도관 및/또는 출구 도관은 상기 제1 밀봉 조립체의 상기 고정부를 통해 유도되는 이러한 방식으로, 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 부재는 회전축에 축방향으로 배열되고, 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제2 부재는 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 상기 제1 부재의 외부에 축방향으로 배열된다.

Description

원심 분리기

본 발명의 개념은 원심 분리기의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명의 개념은 유체 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기용 교환 가능한 분리 인서트, 및 이러한 교환 가능한 분리 인서트를 포함하는 원심 분리기에 관한 것이다.

원심 분리기는 일반적으로 액체 혼합물 또는 기체 혼합물로부터 액체 및/또는 고체의 분리를 위해 사용된다. 동작 중에, 분리될 유체 혼합물은 회전 보울(bowl) 내로 도입되고, 원심력으로 인해 무거운 입자 또는 물과 같은 고밀도 액체가 회전 보울의 주연부에 축적되고, 반면 저밀도 액체는 중심 회전축에 더 가깝게 축적된다. 이는 예를 들어 각각 주연부에 배열되고 회전축에 가까운 상이한 출구에 의해 분리된 분획물의 수집을 허용한다.

발효액과 같은 의약품을 처리할 때, 처리된 제품과 접촉한 분리기 부품 및 회전 보울의 제자리 세정(cleaning-in-place) 프로세스의 필요성을 제거하는 것이 바람직할 수도 있다. 더 유용한 것은 회전 보울을 전체로서 교환하는 것, 즉 단일 사용 용액을 사용하는 것일 수도 있다. 이는 프로세스의 위생 관점으로부터 유리하다.

WO 2015/181177은 회전 가능 외부 드럼 및 외부 드럼 내에 배열된 교환 가능한 내부 드럼을 포함하는 유동성 제품의 원심 처리를 위한 분리기를 개시하고 있다. 내부 드럼은 유동성 제품을 정화하기 위한 수단을 포함한다. 외부 드럼은 외부 드럼 아래에 배열된 모터에 의해 구동 스핀들을 통해 구동된다. 내부 드럼은 분리기의 상부 단부에 배열된 유체 연결부를 갖는 외부 드럼을 통해 수직 상향으로 연장된다.

그러나, 소형이고 조작자가 취급이 쉬운 원심 분리를 위한 단일 사용 해결책에 대한 요구가 관련 기술분야에 존재한다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 한계를 적어도 부분적으로 극복하는 것이다. 특히, 소형이고 조작자를 위한 증가된 조작성과 취급성을 허용하는 교환 가능한 분리 인서트를 제공하는 것이 목적이다.

따라서, 원심 분리기용 교환 가능한 분리 인서트는 분리 디스크의 스택이 회전축 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간을 에워싸는 회전자 케이싱을 포함한다. 상기 회전자 케이싱은 제1 및 제2 고정 부분 사이에 축방향으로 배열된다. 인서트는 상기 분리 공간으로의 분리될 유체 혼합물의 공급을 위한 공급물 입구, 제1 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 경질상 출구(light phase outlet), 및 상기 제1 밀도보다 더 높은 제2 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 중질상 출구(heavy phase outlet)를 더 포함한다.

상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 2개는 상기 회전자 케이싱의 제1 축방향 단부에 배열된다. 제1 밀봉 조립체가 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개를 상기 제1 고정 부분 내의 대응하는 입구 도관 및/또는 출구 도관에 밀봉하여 연결한다.

상기 제1 밀봉 조립체는 상기 회전자 케이싱에 부착된 회전 가능부 및 상기 고정 부분에 부착된 고정부를 포함한다.

상기 회전 가능부 및 상기 고정부는 축방향으로 정렬되고 서로에 대해 밀봉된다.

상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 및 제2 부재의 모두가 상기 회전 가능부를 통해 유도되고 상기 대응하는 입구 도관 및/또는 출구 도관은 상기 제1 밀봉 조립체의 상기 고정부를 통해 유도되는 이러한 방식으로, 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 부재는 회전축에 축방향으로 배열되고, 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제2 부재는 상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 상기 제1 부재의 외부에 축방향으로 배열된다.

상기 경질상 출구는 상기 제1 축방향 단부에 배열될 수도 있다.

상기 공급물 입구는 상기 제1 축방향 단부에 배열될 수도 있다.

상기 고정 중질상 출구는 상기 제1 축방향 단부에 배열될 수도 있다.

상기 회전 가능부는 상기 공급물 입구를 위한 중앙 구멍 및 경질상 또는 중질상 출구 중 하나를 위한 적어도 하나의 출구 구멍을 갖는 플레이트형 밀봉 요소일 수도 있다.

상기 고정부는 2개의 동심으로 배열된 링형 밀봉 요소를 포함할 수도 있다.

상기 링형 밀봉 요소의 내부는 상기 중앙 구멍 외부에서 축방향으로 그리고 상기 적어도 하나의 출구 구멍 내부에서 축방향으로 회전 가능부와 맞물리도록 배열될 수도 있다.

적어도 하나의 유체 연결부는 상기 2개의 링형 밀봉 요소의 적어도 내부 내에 형성될 수도 있다.

적어도 상기 2개의 링형 밀봉 요소의 내부는 상기 밀봉 조립체의 상기 회전 가능부를 향하는 리세스를 그 표면에 가지며, 이 리세스는 상기 적어도 하나의 유체 연결부에 연결된다.

적어도 하나의 유체 연결부는 상기 리세스 중 적어도 하나에 유체를 공급하기 위한 밀봉 유체 입구를 포함할 수도 있다.

적어도 하나의 유체 연결부는 상기 리세스 중 적어도 하나로부터 유체를 제거하기 위한 밀봉 유체 출구를 또한 포함할 수도 있다.

상기 밀봉 유체 입구 및 상기 밀봉 유체 출구는 모두 폐쇄 순환 시스템을 형성하는 용기에 부착될 수도 있다.

펌프가 상기 제1 밀봉 조립체에 액체를 공급하기 위해 상기 밀봉 유체 입구 내에 배열될 수도 있다.

상기 용기는 상기 제1 밀봉 조립체에 액체를 공급하기 위해 미리 가압될 수도 있다.

교환 가능한 분리 인서트는, 원심 분리기로 모두 구성된 고정 프레임 내에 저널링된 회전 가능 부재 내에 삽입되어 고정되도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 원심 분리기가 고정 프레임 및 상기 고정 프레임 내에 저널링된 회전 가능 부재를 포함하고, 교환 가능한 분리 인서트를 포함하고, 이 교환 가능한 분리 인서트는 상기 회전자 케이싱이 상기 회전 가능 부재에 끼워지고, 상기 제1 및 제2 고정 부분이 상기 고정 프레임에 끼워지는 이러한 방식으로 배열된다.

본 발명의 개념의 상기, 뿐만 아니라 부가의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 예시적이고 비한정적인 상세한 설명을 통해 더 양호하게 이해될 수 있을 것이다. 도면에서, 달리 언급되지 않으면, 동일한 참조 번호가 동일한 요소에 대해 사용될 것이다.
도 1은 본 개시내용에 따른 교환 가능한 분리 인서트의 형태의 분리기 보울의 개략 외측면도이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 교환 가능한 인서트를 포함하는 원심 분리기의 개략 단면도이다.
도 3은 본 개시내용에 따른 교환 가능한 분리 인서트의 개략 단면도이다.
도 4는 본 개시내용에 따른 원심 분리기 보울을 포함하는 원심 분리기의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용에 따른 교환 가능한 분리 인서트의 부분의 개략 단면도이다.

도 1은 교환 가능한 분리 인서트(1)의 형태의 본 개시내용의 원심 분리기 보울(1a)의 외측면도를 도시하고 있다. 인서트(1)는 회전축(X)에 의해 규정된 축방향에서 볼 때, 제1 고정 부분(3)과 제2 고정 부분(4) 사이에 배열된 회전자 케이싱(2)을 포함한다. 제1 고정 부분(3)은 인서트(1)의 제1 축방향 단부(5)에 있고, 반면 제2 고정 부분(4)은 인서트(1)의 제2 축방향 단부(6)에 배열된다. 도 1에 개시된 실시예에서, 제1 고정 부분(3) 및 제1 단부 축방향 단부(5)는 교환 가능한 분리 인서트(1)의 하부 부분에 위치되고, 반면 제2 고정 부분(4) 및 제2 축방향 단부(6)는 교환 가능한 분리 인서트(1)의 상부 부분에 위치된다.

공급물 입구는 본 예에서 제1 축방향 하부 단부(5)에 배열되고, 공급물은 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 고정 입구 도관(7)을 통해 공급된다. 고정 입구 도관(7)은 회전축(X)에 배열된다. 제1 고정 부분(3)은 또한 분리된 액체 경질상이라고도 지칭되는 더 낮은 밀도의 분리된 액체상을 위한 고정 출구 도관(9)을 더 포함한다.

또한 액체 중질상이라고도 지칭되는 더 높은 밀도의 분리된 상의 배출을 위해 상부 고정 부분(4) 내에 배열된 고정 출구 도관(8)이 또한 존재한다. 따라서, 본 실시예에서, 공급물은 하부 축방향 단부(5)를 통해 공급되고, 분리된 경질상은 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출되고, 반면 분리된 중질상은 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.

회전자 케이싱(2)의 외부면은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)을 포함한다. 제1 절두 원추형 부분(10)은 제2 절두 원추형 부분(11) 아래에 축방향으로 배열된다. 외부면은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)의 가상 정점이 모두, 이 경우에 인서트(1)의 하부 축방향 단부(5)를 향해 축방향으로 아래로 향하는 회전축(X)을 따라 동일한 축방향을 지향하도록 배열된다.

더욱이, 제1 절두 원추형 부분(10)은 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각보다 더 큰 개방각을 갖는다. 제1 절두 원추형 부분(10)의 개방각은 회전자 케이싱(2)의 분리 공간(17) 내에 포함된 분리 디스크 스택의 개방각과 실질적으로 동일할 수도 있다. 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각은 회전자 케이싱(2)의 분리 공간 내에 포함된 분리 디스크 스택의 개방각보다 작을 수도 있다. 예로서, 제2 절두 원추형 부분(11)의 개방각은 외부면이 10도 미만, 예로서 5도 미만인 회전축과의 각도(α)를 형성하도록 이루어질 수도 있다. 하향으로 지향하는 가상 정점을 갖는 2개의 절두 원추형 부분(10, 11)을 갖는 회전자 케이싱(2)은 인서트(1)가 위에서부터 회전 가능 부재(31) 내로 삽입될 수 있게 한다. 따라서, 외부면의 형상은 제1 및 제2 절두 원추형 부분(10, 11)과 맞물리는 것과 같이, 회전자 케이싱(2)의 외부면의 전체 또는 일부와 맞물릴 수도 있는 외부 회전 가능 부재(31)와의 호환성을 증가시킨다.

제1 고정 부분(3)으로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 하부 밀봉 하우징(12) 내에 배열된 하부 회전 가능 밀봉부 및 제2 고정 부분(4)으로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 상부 밀봉 하우징(13) 내에 배열된 상부 회전 가능 밀봉부가 존재한다. 하부 밀봉 하우징(12) 내의 밀봉 계면의 축방향 위치는 15c로 나타내고, 상부 밀봉 하우징(13) 내의 밀봉 계면의 축방향 위치는 16c로 나타낸다. 따라서, 제1 및 제2 회전 가능 밀봉부(15, 16)의 이러한 고정부(15a, 16a)와 회전 가능부(15b, 16b) 사이에 형성된 밀봉 계면은 또한 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제1 및 제2 고정부(15, 16) 사이의 계면 또는 경계를 형성한다.

냉각 액체와 같은 밀봉 유체를 제1 회전 가능 밀봉부(15)에 공급 및 회수하기 위한 밀봉 유체 입구(15d) 및 밀봉 유체 출구(15e) 및 유사하게, 냉각 액체와 같은 밀봉 유체를 제2 회전 가능 밀봉부(16)에 공급 및 회수하기 위한 밀봉 유체 입구(16d) 및 밀봉 유체 출구(16e)가 또한 존재한다.

회전자 케이싱(2) 내에 에워싸인 분리 공간(17)의 축방향 위치가 또한 도 1에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 분리 공간(17)은 실질적으로 회전자 케이싱(2)의 제2 절두 원추형 부분(11) 내에 위치된다. 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)은 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)까지 연장된다. 분리 공간(17)의 내주면은 각도(α)와 실질적으로 동일한 회전축(X)과의 각도, 즉 제2 절두 원추형 부분(11)의 외부면과 회전축(X) 사이의 각도를 형성할 수도 있다. 따라서, 분리 공간(17)의 내경은 제1 축방향 위치(17a)로부터 제2 축방향 위치(17b)로 연속적으로 증가할 수도 있다. 각도(α)는 10도 미만, 예로서 5도 미만일 수도 있다.

교환 가능한 분리 인서트(1)는 조작자에 의한 인서트(1)의 조작성과 취급성을 증가시키는 소형 형태를 갖는다. 예로서, 인서트의 하부 축방향 단부(5)에서 분리 공간(17)과 제1 고정 부분(3) 사이의 축방향 거리는 20 cm 미만, 예로서 15 cm 미만일 수도 있다. 이 거리는 도 1에 d1로 나타내고, 본 실시예에서 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)의 최저 축방향 위치(17a)로부터 제1 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면(15c)까지의 거리이다. 다른 예로서, 분리 공간(17)이 절두 원추형 분리 디스크의 스택을 포함하면, 스택에서 축방향으로 최저에 있고 제1 고정 부분(3)에 가장 가까운 절두 원추형 분리 디스크는 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만인 제1 고정 부분(3)으로부터의 축방향 거리(d2)에 위치된 가상 정점(18)을 갖고 배열될 수도 있다. 거리 d2는 본 실시예에서 축방향 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)으로부터 제1 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면(15c)까지의 거리이다.

도 2는 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)의 형태의 지지 수단에 의해 프레임에 의해 지지되는 고정 프레임(30) 및 회전 가능 부재(31)를 포함하는 원심 분리기(100) 내에 삽입되는 교환 가능한 분리 인서트(1)의 개략도를 도시하고 있다. 이 경우에 구동 벨트(32)를 통해 회전축(X) 주위로 회전 가능 부재(31)를 회전시키기 위해 배열된 구동 유닛(34)이 또한 존재한다. 그러나, 전기 다이렉트 드라이브(direct drive)와 같은 다른 구동 수단이 가능하다.

교환 가능한 분리 인서트(1)는 회전 가능 부재(31) 내에 삽입되고 고정된다. 따라서, 회전 가능 부재(31)는 회전자 케이싱(2)의 외부면과 맞물리기 위한 내부면을 포함한다. 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)은 모두 회전자 케이싱(2) 내의 분리 공간(17) 아래에 축방향으로 위치되어, 회전자 케이싱(2)의 외부면의 원통형 부분(14)이 베어링 평면에 축방향으로 위치되게 된다. 따라서, 원통형 부분(14)은 적어도 하나의 대형 볼 베어링 내에 인서트의 장착을 용이하게 한다. 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)은 적어도 80 mm, 예로서 적어도 120 mm의 내경을 가질 수도 있다.

또한, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 인서트(1)는 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)이 상부 및 하부 볼 베어링(33a, 33b)의 적어도 하나의 베어링 평면에 또는 그 아래에 축방향으로 위치되도록 회전 가능 부재(31) 내에 위치된다.

더욱이, 분리 인서트는 인서트(1)의 축방향 하부 단부(5)가 지지 수단, 즉 상부 및 하부 베어링(33a, 33b) 아래에 축방향으로 위치되도록 분리기(1) 내에 장착된다. 본 예에서 회전자 케이싱(2)은 회전 가능 부재(31)에 의해 외부에서만 지지되도록 배열된다. 분리 인서트(1)는 인서트(1)의 상부 및 하부에 있는 입구 및 출구로의 용이한 액세스를 허용하도록 분리기(100) 내에 또한 장착된다.

도 3은 본 개시내용의 교환 가능한 분리 인서트(1)의 실시예의 단면의 개략도를 도시하고 있다. 인서트(1)는 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되고 제1 하부 고정 부분(3)과 제2 상부 고정 부분(4) 사이에 배열된 회전자 케이싱(2)을 포함한다. 따라서, 제1 고정 부분(3)은 인서트(1)의 하부 축방향 단부(5)에 배열되고, 반면 제2 고정 부분(4)은 인서트(1)의 상부 축방향 단부(6)에 배열된다.

공급물 입구(20)는 본 예에서 축방향 하부 단부(5)에 배열되고, 공급물은 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 대응 고정 입구 도관(7)을 통해 공급된다. 고정 입구 도관(7)은 플라스틱 배관과 같은 배관을 포함할 수도 있다.

고정 입구 도관(7)은 분리될 재료가 회전 중심에서 공급되도록 회전축(X)에 배열된다. 공급물 입구(20)는 분리될 유체 혼합물을 수용하기 위한 것이다.

공급물 입구(20)는 본 실시예에서 입구 원추(10a)의 정점에 배열되고, 이는 인서트(1)의 외부에서 또한 제1 절두 원추형 외부면(10)을 형성한다. 입구(20)로부터 분리 공간(17)으로 유체 혼합물을 분배하기 위해 분배기(24)가 또한 공급물 입구에 배열되어 있다.

분리 공간(17)은 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)까지 축방향으로 연장하는 외부 중질상 수집 공간(17c)을 포함한다. 분리 공간(17)은 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 형성된 반경방향 내부 공간을 더 포함한다.

분배기(24)는 본 실시예에서 회전축(X)에서 정점을 갖고 인서트(1)의 하부 단부(5)를 향해 지향하는 원추형 외부면을 갖는다. 분배기(24)의 외부면은 입구 원추(10a)와 동일한 원추각을 갖는다. 입구(20)에서 축방향 하부 위치로부터 분리 공간(17) 내의 반경방향 상부 위치로 연속적으로 축방향 상향으로 분리될 유체 혼합물을 안내하기 위해 외부면을 따라 연장하는 복수의 분배 채널(24a)이 또한 존재한다. 이 축방향 상부 위치는 분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)의 제1 하부 축방향 위치(17a)와 실질적으로 동일하다. 분배 채널(24a)은 예를 들어 직선형 형상 또는 곡선형 형상을 가질 수도 있고, 따라서 분배기(24)의 외부면과 입구 원추(10a) 사이에서 연장된다. 분배 채널(24a)은 축방향 하부 위치로부터 축방향 상부 위치로 분기될 수도 있다. 더욱이, 분배 채널(24a)은 축방향 하부 위치로부터 축방향 상부 위치로 연장하는 튜브의 형태일 수도 있다.

분리 공간(17) 내에는 동축으로 배열된 절두 원추형 분리 디스크의 스택(19)이 또한 존재한다. 스택(19) 내의 분리 디스크는 분리 인서트(1)의 축방향 하부 단부(5)로 지향하는, 즉 입구(20)를 향하는 가상 정점을 갖고 배열된다. 스택(19) 내의 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18)은 인서트(1)의 축방향 하부 단부(5)에서 제1 고정 부분(3)으로부터 10 cm 미만인 거리에 배열될 수도 있다. 스택(19)은 적어도 20개의 분리 디스크, 예로서 적어도 40개의 분리 디스크, 예로서 적어도 50개의 분리 디스크, 예로서 적어도 100개의 분리 디스크, 예로서 적어도 150개의 분리 디스크를 포함할 수도 있다. 명확성을 위해, 도 1에는 단지 몇 개의 디스크만이 도시되어 있다. 본 예에서, 분리 디스크의 스택(19)은 분배기(24)의 상부에 배열되고, 분배기(24)의 원추형 외부면은 따라서 절두 원추형 분리 디스크의 원추형 부분과 회전축(X)에 대해 동일한 각도를 가질 수도 있다. 분배기(24)의 원추형 형상은 스택(19) 내의 분리 디스크의 외경과 대략 동일하거나 더 큰 직경을 갖는다. 따라서, 분배 채널(24a)은 따라서 스택(19) 내의 절두 원추형 분리 디스크의 외부 원주의 반경방향 위치 외부에 있는 반경방향 위치(P₁)에 있는 분리 공간(17) 내의 축방향 외부 위치(17a)로 분리될 유체 혼합물을 안내하도록 배열될 수도 있다.

분리 공간(17)의 중질상 수집 공간(17c)은 본 실시예에서 제1 하부 축방향 위치(17a)로부터 제2 상부 축방향 위치(17b)로 연속적으로 증가하는 내경을 갖는다. 분리 공간(17)으로부터 분리된 중질상을 수송하기 위한 출구 도관(23)이 또한 존재한다. 이 도관(23)은 분리 공간(17)의 반경방향 외부 위치로부터 중질상 출구(22)까지 연장된다. 본 예에서, 도관(23)은 중앙 위치로부터 분리 공간(17) 내로 반경방향 외향으로 연장하는 단일 파이프의 형태이다. 그러나, 적어도 2개의 이러한 출구 도관(23), 예로서 적어도 3개 또는 예로서 적어도 5개의 출구 도관(23)이 존재할 수도 있다. 따라서, 출구 도관(23)은 반경방향 외부 위치에 배열된 도관 입구(23a) 및 반경방향 내부 위치에 있는 도관 출구(23b)를 가지며, 출구 도관(23)은 도관 입구(23a)로부터 도관 출구(23b)까지 상향 경사를 갖고 배열된다. 예로서, 출구 도관(23)은 반경방향 평면에 대해 적어도 2도, 예로서 적어도 5도, 예로서 적어도 10도의 상향 경사를 갖고 경사질 수도 있다.

출구 도관(23)은 분리 공간(17)의 축방향 상부 위치에 배열되어, 출구 도관 입구(23a)는 분리 공간(17)의 축방향 최상부 위치(17b)로부터 분리된 중질상을 수송하기 위해 배열되게 된다. 출구 도관(23)은 또한 분리 공간(17) 내로 반경방향 외향으로 연장되어, 출구 도관 입구(23a)가 분리 공간(17)의 주연부로부터, 즉, 분리 공간(17)의 내부면에서 분리 공간(17) 내의 반경방향 최외측 위치로부터 분리된 중질상을 수송하기 위해 배열된다.

고정 출구 도관(23)의 도관 출구(23b)는 제2 상부 고정 부분(4) 내에 배열된 대응하는 고정 출구 도관(8)에 연결되는 중질상 출구(22)에서 종료한다. 따라서 분리된 중질상은 분리 인서트(1)의 상부, 즉 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.

더욱이, 분리 디스크(19)의 스택을 통해 분리 공간(17) 내에서 반경방향 내향으로 통과된 분리된 액체 경질상은 회전자 케이싱(2)의 축방향 하부 단부에 배열된 액체 경질상 출구(21) 내에 수집된다. 액체 경질상 출구(21)는 인서트(1)의 제1 하부 고정 부분(3) 내에 배열된 대응하는 고정 출구 도관(9)에 연결된다. 따라서, 분리된 액체 경질상은 교환 가능한 분리 인서트(1)의 제1 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출된다.

제1 고정 부분(3) 내에 배열된 고정 출구 도관(9) 및 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 고정 중질상 출구 도관(8)은 플라스틱 배관과 같은 배관을 포함할 수도 있다.

도 3에서 그리고 또한 더 상세하게는 도 5에서, 제1 고정 부분(3)으로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)가 하부 밀봉 하우징(12) 내에 배열되고, 제2 고정 부분(4)으로부터 회전자 케이싱(2)을 분리하는 상부 제2 회전 가능 밀봉부(16)가 상부 밀봉 하우징(13) 내에 배열된다. 제1 및 제2 회전 가능 밀봉부(15, 16)는 밀폐식 밀봉부이고, 따라서 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구 및 출구를 형성한다.

하부 회전 가능 밀봉부(15)는 임의의 부가의 입구 파이프 없이 입구 원추(10a)에 직접 부착될 수도 있는데, 즉 공급물 입구(20)는 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15) 바로 축방향으로 위의 입구 원추(10a)의 정점에 형성될 수도 있다. 이러한 배열은 축방향 런아웃(run-out)을 최소화하기 위해 큰 직경으로 하부 제1 기계적 밀봉부(15)의 견고한 부착을 가능하게 한다.

하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 입구(20)를 고정 입구 도관(7)에 밀봉하여 연결하고, 액체 경질상 출구(21)를 고정 액체 경질상 도관(9)에 밀봉하여 연결한다. 따라서, 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 동심 이중 기계적 밀봉부를 형성하는데, 이는 적은 부품으로 용이한 조립을 허용한다.

하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 고정부(15a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 하부 부분 내에 배열된 회전 가능부(15b)를 포함한다. 회전 가능부(15b)는 도 5에 도시되어 있는 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링을 포함하고, 고정부(15a)는 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 2개의 고정 동심 밀봉 링(15f, 15g)을 포함한다. 도 3에서 고정부(15a)는 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 하나의 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(15c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링 장치와 같은 다른 수단(도 3에 도시되어 있지 않음)이 존재한다. 도 5에서, 각각의 고정 동심 밀봉 링(15f, 15g)은 스프링 장치(15h, 15i)를 갖는다. 스프링 장치는 각각의 고정 밀봉 링의 상부측에 원주방향으로 배열된 적어도 하나의 스프링으로 구성된다. 도 5에 개시된 실시예에서, 스프링은 각각의 고정 밀봉 링의 상부측에 원주방향으로 배열된 나선형 스프링이다. 형성된 하부 밀봉 계면(15c)은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 하부 밀봉 계면(15c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)로 공급하고 그로부터 제거하기 위해 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 다른 연결부(15d, 15e)가 존재한다. 이 액체는 밀봉 링들 사이의 계면(15c)에 공급될 수도 있다. 이러한 액체를 공급하기 위한 밀봉 유체 입구(15d)의 형태의 단지 하나의 이러한 연결부가 존재할 수도 있다. 도 3 및 도 5에는 상기 액체를 제거하기 위한 밀봉 유체 입구(15d) 및 밀봉 유체 출구(15e)가 존재한다. 다른 실시예에서 액체를 공급하기 위한 하나 초과의 연결부 및/또는 상기 액체를 제거하기 위한 하나 초과의 연결부가 존재할 수도 있다. 도 5에 따른 실시예에서, 내부 밀봉 링(15f)을 위한 및 또한 도시되어 있지 않은 외부 밀봉 링(15g)을 위한 밀봉 유체 입구(15d), 및 밀봉 유체 출구(15e)가 개시되어 있다. 밀봉 유체 입구 및 밀봉 유체 출구(15d, 15e)는 상기 내부 밀봉 링(15f) 내의 적어도 하나의 리세스(28)에 연결되는데, 이 리세스(28)는 회전 가능 밀봉부(15)의 회전 가능부(15b)를 향해 개방된다. 도 5에 개시된 실시예의 리세스(28)는 내부 밀봉 링(15f)의 링 형태를 따라 링형으로 형성되지만, 다른 실시예에서는 대신에 원주방향으로 배열된 다수의 리세스가 존재할 수도 있다. 외부 밀봉 링(15g)은 동일한 방식으로 리세스(29) 또는 리세스들을 또한 구비한다. 따라서 액체가 액체를 공급하기 위해 연결부(15d)에 공급될 때, 액체는 리세스(28, 29)를 충전하고 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체로서 역할을 한다. 상기 액체를 공급 및 제거하기 위한 연결부(15d, 15e)는 각각 액체 공급원 및 액체 용기(36)에 연결될 수도 있다. 도 5에 개시된 실시예에서, 연결부(15d, 15e)는 폐쇄 순환 시스템(37)에서 액체 용기(36), 이 경우에 백에 연결되고, 여기서 액체는 밀봉 링(15f, 15g)에 액체를 공급하기 위해 연결부(15d)를 통해 그리고 상기 액체 용기(36)에 액체를 제거하기 위해 다시 연결부(15e)를 통해 수송된다. 순환은 도 4에 개시된 실시예에서, 펌프(38)에 의해 제공된다. 내부 및 외부 밀봉 링(15f, 15g)의 모두에 액체를 공급하기 위한 하나의 폐쇄 순환 시스템이 존재할 수도 있다. 대신에 다른 실시예에서, 각각의 밀봉 링(15f, 15g)은 그 자신의 폐쇄 순환 시스템 및 따라서 펌프를 가질 수도 있다. 펌프 대신에, 폐쇄 순환 시스템 내의 압력은 미리 가압되는 액체 용기에 의해 제공될 수도 있다. 밀봉 링으로 그리고 그로부터 액체를 순환시킴으로써, 밀봉부(15) 내의 누설을 제어하는 것이 가능하다. 도 5에는 중량이 증가하는지 감소하는지 여부를 결정하기 위해 액체 용기(36)를 연속적으로 또는 간헐적으로 계량하는 스케일(39)이 도시되어 있다. 중량의 변화로부터, 밀봉 액체가 밀봉부 외부로 누설하는지 또는 프로세스 액체가 밀봉부 내로 누설하는지 여부를 결정하는 것이 가능하다.

유사하게, 도 3은 상부 제2 회전 가능 밀봉부(16)가 중질상 출구(22)를 고정 출구 도관(8)에 밀봉하여 연결하는 것을 개시하고 있다. 상부 기계적 밀봉부는 또한 동심 이중 기계적 밀봉부일 수도 있다. 상부 회전 가능 밀봉부(16)는 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 고정부(16a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 상부 부분 내에 배열된 회전 가능부(16b)를 포함한다. 회전 가능부(16b)는 본 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링이고, 고정부(16a)는 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(16c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링과 같은 다른 수단(도시되어 있지 않음)이 존재한다. 형성된 밀봉 계면(16c)은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 밀봉 계면(16c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 상부 회전 가능 밀봉부(16)로 공급하고 그로부터 제거하기 위해 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 다른 연결부(16d, 16e)가 존재한다. 이 액체는 상기 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)와 유사하게 밀봉 링들 사이의 계면(16c)에 공급될 수도 있다. 연결부(16d, 16e)는 상기 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)와 관련하여 설명된 폐쇄 순환 시스템(37)에 연결될 수도 있거나, 그 자신의 폐쇄 순환 시스템을 가질 수도 있다.

더욱이, 도 3은 수송 모드에서 교환 가능한 분리 인서트(1)를 도시하고 있다. 수송 중에 회전자 케이싱(2)에 제1 고정 부분(3)을 고정하기 위해, 회전자 케이싱(2)의 원통형 부분(14)에 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)를 축방향으로 고정하는 스냅 끼워맞춤부의 형태의 하부 고정 수단(25)이 존재한다. 회전 조립체에 교환 가능한 인서트(1)의 장착시에, 스냅 끼워맞춤부(25)가 해제될 수도 있어 회전자 케이싱(2)이 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)에서 축(X) 주위로 회전 가능하게 된다.

더욱이, 수송 중에, 회전자 케이싱(2)에 대한 제2 고정 부분(4)의 위치를 고정하는 상부 고정 수단(27a, 27b)이 존재한다. 상부 고정 수단은, 제2 고정 부분(4) 상의 맞물림 부재(27b)와 맞물려, 이에 의해 제2 고정 부분(4)의 축방향 위치를 고정하는 회전자 케이싱(2) 상에 배열된 맞물림 부재(27a)의 형태이다. 또한, 회전자 케이싱(2) 및 제2 고정 부분(4)과의 밀봉 맞접부에서 수송 또는 셋업 위치에 배열된 슬리브 부재(26)가 존재한다. 슬리브 부재(26)는 또한 탄성이고 고무 슬리브의 형태일 수도 있다. 슬리브 부재(26)는 회전자 케이싱(2)이 제2 고정 부분(4)에 대해 회전하는 것을 허용하기 위해 수송 또는 셋업 위치로부터 제거 가능하다. 따라서, 슬리브 부재(26)는 셋업 또는 수송 위치에서 회전자 케이싱(2)에 대해 반경방향으로 그리고 제2 고정 부분(4)에 대해 반경방향으로 밀봉된다. 회전 조립체에 교환 가능한 인서트(1)의 장착시에, 슬리브 부재(26)는 제거될 수도 있고, 제2 고정 부분(4)에 대한 회전자 케이싱(2)의 회전을 허용하기 위해 맞물림 부재(27a, 27b) 사이의 축방향 공간이 생성될 수도 있다.

하부 및 상부 회전 가능 밀봉부(15, 16)는 입구와 2개의 출구를 밀폐식으로 밀봉하는 기계적 밀봉부이다. 동작 중에, 회전 가능 부재(31) 내에 삽입된 교환 가능한 분리 인서트(1)는 회전축(X) 주위로 회전하게 된다. 분리될 액체 혼합물은 고정 입구 도관(7)을 통해 인서트의 입구(20)로 공급되고, 이어서 분배기(24)의 분배 채널(24a)에 의해 분리 공간(17)으로 안내된다. 따라서, 분리될 액체 혼합물은 입구 도관(7)으로부터 분리 공간(17)으로 축방향 상향 경로를 따라서만 안내된다. 밀도 차이로 인해, 액체 혼합물은 액체 경질상과 액체 중질상으로 분리된다. 이러한 분리는 분리 공간(17) 내에 끼워진 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 용이하게 된다. 분리된 액체 중질상은 출구 도관(23)에 의해 분리 공간(17)의 주연부로부터 수집되고 회전축(X)에 배열된 중질상 출구(22)를 통해 고정 중질상 출구 도관(8)으로 강제 배출된다. 분리된 액체 경질상은 분리 디스크의 스택(19)을 통해 반경방향 내향으로 가압되고 액체 경질상 출구(21)를 통해 고정된 경질상 도관(9)으로 유출된다.

따라서, 본 실시예에서, 공급물은 하부 축방향 단부(5)를 통해 공급되고, 분리된 경질상은 하부 축방향 단부(5)를 통해 배출되고, 반면 분리된 중질상은 상부 축방향 단부(6)를 통해 배출된다.

또한, 상기에 개시된 바와 같은 공급물 입구(20), 분배기(24), 분리 디스크의 스택(19) 및 출구 도관(23)의 배열로 인해, 교환 가능한 분리 인서트(1)는 자동으로 탈기되는데, 즉 공기 포켓의 존재가 제거되거나 감소되어 회전자 케이싱(2) 내에 존재하는 임의의 공기가 중질상 출구(22)를 통해 상향으로 그리고 외부로 방해받지 않고 이동하도록 가압된다. 따라서, 정지 상태에서, 공기 포켓이 없고, 인서트(1)가 공급물 입구(20)를 통해 충전되면 모든 공기가 중질상 출구(22)를 통해 배기될 수도 있다. 이는 또한 정지 상태에서 분리 인서트(1)를 충전하는 것을 용이하게 하고 분리될 액체 혼합물 또는 액체 혼합물을 위한 완충 유체가 인서트(1) 내에 존재할 때 회전자 케이싱(2)을 회전시키기 시작한다.

도 3에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 교환 가능한 분리 인서트(1)는 소형 디자인을 갖는다. 예로서, 스택(19) 내의 최하부 분리 디스크의 가상 정점(18) 사이의 축방향 거리는 하부 제1 고정 부분(3)으로부터 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만, 즉 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)의 밀봉 계면(15c)으로부터 10 cm 미만, 예로서 5 cm 미만일 수도 있다.

도 4는 본 개시내용의 원심 분리기 보울(1)을 포함하는 원심 분리기(100)의 예를 도시하고 있다. 원심 분리기(100)는 세포 배양 혼합물을 분리하기 위한 것일 수도 있다. 분리기(100)는 프레임(30), 하부 베어링(33b) 및 상부 베어링(33a)에서 프레임(30)에 의해 회전 가능하게 지지되는 중공 스핀들(40), 및 회전자 케이싱(2)을 갖는 원심 분리기 보울(1)을 포함한다. 회전자 케이싱(2)은 회전축(X) 주위로 스핀들(40)과 함께 회전하기 위해 스핀들(40)의 축방향 상부 단부에 인접한다. 회전자 케이싱(2)은 처리되는 액체 혼합물의 효과적인 분리를 달성하기 위해 분리 디스크의 스택(19)이 배열되는 분리 공간(17)을 에워싼다. 스택(19)의 분리 디스크는 축방향 하향으로 지향하는 가상 정점을 갖는 절두 원추형 형상을 갖고 표면 확장 인서트의 예이다. 스택(19)은 회전자 케이싱(2)과 동축으로 중앙에 끼워진다. 도 4에는, 단지 몇 개의 분리 디스크만이 도시되어 있다. 스택(19)은 예를 들어 100개 초과의 분리 디스크, 예로서 200개 초과의 분리 디스크를 포함할 수도 있다.

회전자 케이싱(2)은 분리된 액체 경질상의 배출을 위한 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 액체 출구(21), 및 분리된 액체 경질상보다 더 높은 밀도의 상의 배출을 위한 중질상 출구(22)를 갖는다. 분리 공간(17)으로부터 분리된 중질상을 수송하기 위한 파이프의 형태의 단일 출구 도관(23)이 존재한다. 이 도관(23)은 분리 공간(17)의 반경방향 외부 위치로부터 중질상 출구(22)까지 연장된다. 도관(23)은 반경방향 외부 위치에 배열된 도관 입구(23a) 및 반경방향 내부 위치에 배열된 도관 출구(23b)를 갖는다. 또한, 출구 도관(23)은 도관 입구(23a)로부터 도관 출구(23b)까지 반경방향 평면에 대해 상향 경사를 갖고 배열된다.

상기 분리 공간(17)으로의 처리될 액체 혼합물의 공급을 위한 기계적으로 밀폐식으로 밀봉된 입구(20)가 또한 존재한다. 입구(20)는 본 실시예에서 스핀들(40)을 통해 연장하는 중앙 덕트(41)에 연결되고, 따라서 중공 관형 부재의 형태를 취한다. 하부로부터 액체 재료를 도입하는 것은 액체 재료의 완만한 가속을 제공한다. 스핀들(40)은 밀폐식 밀봉부(15)를 통해 원심 분리기(100)의 하부 축방향 단부에서 고정 입구 파이프(7)에 또한 연결되어, 분리될 액체 혼합물이 예를 들어 펌프에 의해 중앙 덕트(41)로 수송될 수도 있게 된다. 분리된 액체 경질상은 본 실시예에서 상기 스핀들(40)의 외부 환형 덕트(42)를 통해 배출된다. 따라서, 더 낮은 밀도의 분리된 액체상이 분리기(100)의 하부를 통해 배출된다.

제1 기계적 밀폐식 밀봉부(15)는 고정 입구 파이프(7)에 대해 중공 스핀들(40)을 밀봉하기 위해 하부 단부에 배열된다. 밀폐식 밀봉부(15)는 스핀들(40)의 하부 단부와 고정 파이프(7)를 둘러싸는 환형 밀봉부이다. 제1 밀폐식 밀봉부(15)는 고정 입구 파이프(7)에 대해 입구(21)를 그리고 고정 출구 파이프(9)에 대해 액체 경질상 출구(21)를 밀봉하는 동심 이중 밀봉부이다. 고정 출구 파이프(8)에 대해 분리기(100)의 상부에 있는 중질상 출구(22)를 밀봉하는 제2 기계적 밀폐식 밀봉부(16)가 또한 존재한다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 입구(20) 및 중질상 출구(22) 뿐만 아니라 분리된 중질상을 배출하기 위한 고정 출구 파이프(8)는 모두 회전축(X) 주위로 배열되어, 분리될 액체 혼합물이 화살표 "A"에 의해 지시된 바와 같이, 회전축(X)에서 상기 회전자 케이싱(2)에 진입하게 되고, 분리된 중질상은 화살표 "B"에 의해 지시된 바와 같이, 회전축(X)에서 배출되게 된다. 배출된 액체 경질상은 화살표 "C"에 의해 도시되어 있는 바와 같이, 원심 분리기(100)의 하부 단부에서 배출된다.

원심 분리기(100)는 구동 모터(34)를 더 구비한다. 이 모터(34)는 예를 들어 고정 요소 및 회전 가능 요소를 포함할 수도 있고, 이 회전 가능 요소는 동작 중에 스핀들(40) 및 따라서 회전자 케이싱(2)에 구동 토크를 전달하도록 스핀들(40)을 둘러싸고 그에 연결된다. 구동 모터(34)는 전기 모터일 수도 있다. 더욱이, 구동 모터(34)는 변속 수단에 의해 스핀들(40)에 연결될 수도 있다. 변속 수단은 구동 토크를 수용하기 위해 스핀들(40)에 연결된 요소 및 피니언을 포함하는 웜 기어의 형태일 수도 있다. 변속 수단은 대안적으로 프로펠러 샤프트, 구동 벨트 등의 형태를 취할 수도 있고, 구동 모터(34)는 대안적으로 스핀들(40)에 직접 연결될 수도 있다.

도 4의 분리기의 동작 중에, 원심 분리기 보울(1)과 회전자 케이싱(2)은 구동 모터(34)로부터 스핀들(40)로 전달되는 토크에 의해 회전하게 된다. 스핀들(40)의 중앙 덕트(41)를 통해, 분리될 액체 혼합물이 입구(20)를 통해 분리 공간(17) 내로 유도된다. 분리 디스크의 입구(20) 및 스택(19)은 액체 혼합물이 분리 디스크의 스택(19)의 외부 반경에 있는 또는 반경방향 외부에 있는 반경방향 위치에서 분리 공간(19)에 진입하도록 배열된다.

밀폐형의 입구(20)에서, 액체 재료의 가속은 작은 반경에서 개시되고, 액체가 입구(20)를 떠나 분리 공간(17)에 진입하는 동안 점진적으로 증가된다. 분리 공간(17)은 동작 중에 액체로 완전히 충전되도록 의도된다. 원리적으로, 이는 바람직하게는 공기 또는 자유 액체 표면이 회전자 케이싱(2) 내에 존재하지 않도록 의도된 것을 의미한다. 그러나, 회전자가 미리 그 동작 속도에서 운전중이거나 또는 정지 상태에 있을 때 액체 혼합물이 도입될 수도 있다. 따라서 액체 혼합물은 회전자 케이싱(2) 내에 연속적으로 도입될 수도 있다.

밀도 차이로 인해, 액체 혼합물은 액체 경질상과 중질상으로 분리된다. 이러한 분리는 분리 공간(17) 내에 끼워진 스택(19)의 분리 디스크 사이의 사이공간에 의해 용이하게 된다. 분리된 중질상은 도관(23)에 의해 분리 공간(17)의 주연부로부터 수집되고 회전축(X)에 배열된 출구(22)를 통해 강제 배출되고, 반면 분리된 액체 경질상은 스택(19)을 통해 반경방향 내향으로 가압되고 이어서 스핀들(40) 내의 환형 외부 덕트(42)를 통해 유출된다.

하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 입구(20)를 고정 입구 도관(7)에 밀봉하여 연결하고, 액체 경질상 출구(21)를 고정 액체 경질상 도관(9)에 밀봉하여 연결한다. 따라서, 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 동심 이중 기계적 밀봉부를 형성하는데, 이는 적은 부품으로 용이한 조립을 허용한다. 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)는 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 고정부(15a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 하부 부분 내에 배열된 회전 가능부(15b)를 포함한다. 회전 가능부(15b)는 도 5에 도시되어 있는 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링을 포함하고, 고정부(15a)는 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 2개의 고정 동심 밀봉 링(15f, 15g)을 포함하고, 경질상 도관(9)은 상기 2개의 동심 밀봉 링(15f, 15g) 사이에 배열되고 입구 도관(7)은 회전축(X)에서 내부 링(15f) 내에 배열된다. 도 3에서 고정부(15a)는 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 하나의 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(15c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링 장치와 같은 다른 수단(도 3에 도시되어 있지 않음)이 존재한다. 도 5에서, 각각의 고정 동심 밀봉 링(15f, 15g)은 스프링 장치(15h, 15i)를 갖는다. 스프링 장치는 각각의 고정 밀봉 링의 상부측에 원주방향으로 배열된 적어도 하나의 스프링으로 구성된다. 도 5에 개시된 실시예에서, 스프링은 각각의 고정 밀봉 링의 상부측에 원주방향으로 배열된 나선형 스프링이다. 형성된 하부 밀봉 계면(15c)은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 하부 밀봉 계면(15c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제1 고정 부분(3) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)로 공급하고 그로부터 제거하기 위해 제1 고정 부분(3) 내에 배열된 다른 연결부(15d, 15e)가 존재한다. 이 액체는 밀봉 링들 사이의 계면(15c)에 공급될 수도 있다. 이러한 액체를 공급하기 위한 밀봉 유체 입구(15d)의 형태의 단지 하나의 이러한 연결부가 존재할 수도 있다. 도 3 및 도 5에는 상기 액체를 제거하기 위한 밀봉 유체 입구(15d) 및 밀봉 유체 출구(15e)가 존재한다. 다른 실시예에서 액체를 공급하기 위한 하나 초과의 연결부 및/또는 상기 액체를 제거하기 위한 하나 초과의 연결부가 존재할 수도 있다. 도 5에 따른 실시예에서, 내부 밀봉 링(15f)을 위한 및 또한 도시되어 있지 않은 외부 밀봉 링(15g)을 위한 밀봉 유체 입구(15d), 및 밀봉 유체 출구(15e)가 개시되어 있다. 밀봉 유체 입구 및 밀봉 유체 출구(15d, 15e)는 상기 내부 밀봉 링(15f) 내의 적어도 하나의 리세스(28)에 연결되는데, 이 리세스(28)는 회전 가능 밀봉부(15)의 회전 가능부(15b)를 향해 개방된다. 도 5에 개시된 실시예의 리세스(28)는 내부 밀봉 링(15f)의 링 형태를 따라 링 형태로 형성되지만, 다른 실시예에서는 대신에 원주방향으로 배열된 다수의 리세스가 존재할 수도 있다. 외부 밀봉 링(15g)은 동일한 방식으로 리세스(29) 또는 리세스들을 또한 구비한다. 따라서 액체가 액체를 공급하기 위해 연결부(15d)에 공급될 때, 액체는 리세스(28, 29)를 충전하고 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체로서 역할을 한다. 상기 액체를 공급 및 제거하기 위한 연결부(15d, 15e)는 각각 액체 공급원 및 액체 용기(36)에 연결될 수도 있다. 도 5에 개시된 실시예에서, 연결부(15d, 15e)는 폐쇄 순환 시스템(37)에서 액체 용기(36), 이 경우에 백에 연결되고, 여기서 액체는 밀봉 링(15f, 15g)에 액체를 공급하기 위해 연결부(15d)를 통해 그리고 상기 액체 용기(36)에 액체를 제거하기 위해 다시 연결부(15e)를 통해 수송된다. 순환은 도 4에 개시된 실시예에서, 펌프(38)에 의해 제공된다. 내부 및 외부 밀봉 링(15f, 15g)의 모두에 액체를 공급하기 위한 하나의 폐쇄 순환 시스템이 존재할 수도 있다. 대신에 다른 실시예에서, 각각의 밀봉 링(15f, 15g)은 그 자신의 폐쇄 순환 시스템 및 따라서 펌프를 가질 수도 있다. 펌프 대신에, 폐쇄 순환 시스템 내의 압력은 미리 가압되는 액체 용기에 의해 제공될 수도 있다. 밀봉 링으로 그리고 그로부터 액체를 순환시킴으로써, 밀봉부(15) 내의 누설을 제어하는 것이 가능하다. 도 5에는 중량이 증가하는지 감소하는지 여부를 결정하기 위해 액체 용기(36)를 연속적으로 또는 간헐적으로 계량하는 스케일(39)이 도시되어 있다. 중량의 변화로부터, 밀봉 액체가 밀봉부 외부로 누설하는지 또는 프로세스 액체가 밀봉부 내로 누설하는지 여부를 결정하는 것이 가능하다.

유사하게, 도 3은 상부 제2 회전 가능 밀봉부(16) 밀봉부를 개시하고 있고 중질상 출구(22)를 고정 출구 도관(8)에 연결한다. 상부 기계적 밀봉부는 또한 동심 이중 기계적 밀봉부일 수도 있다. 상부 회전 가능 밀봉부(16)는 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 고정부(16a)와 회전자 케이싱(2)의 축방향 상부 부분 내에 배열된 회전 가능부(16b)를 포함한다. 회전 가능부(16b)는 본 실시예에서 회전자 케이싱(2) 내에 배열된 회전 가능 밀봉 링이고, 고정부(16a)는 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 고정 밀봉 링이다. 회전 가능 밀봉 링과 고정 밀봉 링을 서로 맞물리게 하여, 이에 의해 링들 사이에 적어도 하나의 밀봉 계면(16c)을 형성하기 위한 적어도 하나의 스프링과 같은 다른 수단(도시되어 있지 않음)이 존재한다. 형성된 밀봉 계면(16c)은 회전축(X)에 대해 반경방향 평면과 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 이 밀봉 계면(16c)은 회전자 케이싱(2)과 인서트(1)의 제2 고정 부분(4) 사이의 경계 또는 계면을 형성한다. 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체와 같은 액체를 상부 회전 가능 밀봉부(16)로 공급하고 그로부터 제거하기 위해 제2 고정 부분(4) 내에 배열된 다른 연결부(16d, 16e)가 존재한다. 이 액체는 상기 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)와 유사하게 밀봉 링들 사이의 계면(16c)에 공급될 수도 있다. 연결부(16d, 16e)는 상기 하부 제1 회전 가능 밀봉부(15)와 관련하여 설명된 폐쇄 순환 시스템(37)에 연결될 수도 있거나, 그 자신의 폐쇄 순환 시스템을 가질 수도 있다.

도시되어 있지 않은 다른 실시예에서, 제1 축방향 단부에 공급물 입구 및 경질상 출구를 배열하는 대신에, 공급물 입구 및 중질상 출구가 회전자 케이싱의 이 단부에 배열된다. 중질상 출구 도관은 상기 2개의 동심 밀봉 링 사이에 배열되고 입구 도관은 회전축(X)에서 내부 링 내에 배열된다.

제1 밀봉 조립체는 이어서 상기 제1 고정 부분에서, 상기 공급물 입구를 고정 입구 도관에 그리고 상기 중질상 출구를 고정 중질상 출구 도관에 밀봉하여 연결한다.

따라서, 공급물 입구와 중질상 출구의 모두가 회전 가능부를 통해 유도되고 상기 제1 밀봉 조립체의 상기 고정부를 통해 유도되는 상기 고정 공급물 입구 도관 및 상기 고정 중질상 출구 도관 각각에 연결되는 이러한 방식으로, 공급물 입구가 회전축에서 축방향으로 배열되고 중질상 출구는 상기 공급물 입구의 외부에 축방향으로 배열된다.

도시되어 있지 않은 또 다른 실시예에서, 제1 축방향 단부에 공급물 입구 및 경질상 출구를 배열하는 대신에, 경질상 출구 및 중질상 출구가 회전자 케이싱의 이 단부에 배열된다. 경질상 출구 도관은 상기 2개의 동심 밀봉 링 사이에 배열되고 중질상 도관은 회전축(X)에서 내부 링 내에 배열된다.

제1 밀봉 조립체(15)는 이어서 상기 제1 고정 부분에서, 상기 경질상 출구를 고정 경질상 도관에 그리고 상기 중질상 출구를 고정 중질상 출구 도관에 밀봉하여 연결한다.

따라서, 경질상 출구와 중질상 출구의 모두가 회전 가능부(15a)를 통해 유도되고 상기 제1 밀봉 조립체(15)의 상기 고정부(15b)를 통해 유도되는 상기 고정 경질상 출구 도관 및 상기 고정 중질상 출구 도관 각각에 연결되는 이러한 방식으로, 중질상 출구가 회전축에서 축방향으로 배열되고 경질상 출구는 상기 중질상 출구의 외부에 축방향으로 배열된다.

도시되어 있지 않은 이들 실시예에서 냉각 액체, 완충 액체 또는 배리어 액체의 회로와 같이 도면들과 관련하여 설명된 실시예에서와 동일한 방식으로 밀봉부가 형성된다. 통상의 기술자에게는 보울의 내부가 이들 실시예에 어떻게 적응되어야 하는지, 예를 들어 디스크 스택 및 분배기의 위치가 회전될 수도 있어 그 정점이 항상 입구를 향해 지향하도록 하는 것이 명백하다.

상기에 본 발명의 개념이 제한된 수의 예를 참조하여 주로 설명되었다. 그러나, 통상의 기술자에 의해 즉시 이해할 수 있는 바와 같이, 상기에 개시된 것들 이외의 다른 예가 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이, 본 발명의 개념의 범주 내에서 동등하게 가능하다.

Claims

유체 혼합물을 분리하기 위한 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1)이며,
제1 고정 부분(3);
제2 고정 부분(4);
분리 디스크의 스택(19)이 회전축(X) 주위로 회전하도록 배열되어 있는 분리 공간(17)을 에워싸는 회전자 케이싱(2)으로서, 상기 회전자 케이싱(2)은 상기 제1 및 제2 고정 부분(3, 4) 사이에 축방향으로 배열되는, 회전자 케이싱(2);
상기 분리 공간(17)으로의 분리될 유체 혼합물의 공급을 위한 공급물 입구(20),
제1 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 경질상 출구(21), 및 상기 제1 밀도보다 더 높은 제2 밀도의 분리된 상의 배출을 위한 중질상 출구(22)로서, 상기 공급물 입구(20), 경질상 출구 및 중질상 출구 중 2개는 상기 회전자 케이싱(2)의 제1 축방향 단부(5)에 배열되는, 경질상 출구(21) 및 중질상 출구(22);
상기 공급물 입구, 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개를 상기 제1 고정 부분(3) 내의 대응하는 입구 도관 및 출구 도관 중 하나 또는 둘 모두에 밀봉하여 연결하는 제1 밀봉 조립체를 포함하고,
상기 제1 밀봉 조립체(15)는 상기 회전자 케이싱(2)에 부착된 회전 가능부(15b) 및 상기 제1 고정 부분(3)에 부착된 고정부(15a)를 포함하고;
상기 회전 가능부(15b) 및 상기 고정부(15a)는 축방향으로 정렬되고 서로에 대해 밀봉되고;
상기 공급물 입구(20), 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 및 제2 부재의 모두가 상기 회전 가능부(15b)를 통해 유도되고 상기 대응하는 입구 도관 및 출구 도관 중 하나 또는 둘 모두는 상기 제1 밀봉 조립체(15)의 상기 고정부(15a)를 통해 유도되는 이러한 방식으로, 상기 공급물 입구(20), 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제1 부재는 회전축에 축방향으로 배열되고, 상기 공급물 입구(20), 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 제2 부재는 상기 공급물 입구(20), 경질상 출구 및 중질상 출구 중 상기 2개 중 상기 제1 부재의 외부에 축방향으로 배열되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제1항에 있어서, 상기 경질상 출구(21)는 상기 제1 축방향 단부(5)에 배열되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공급물 입구(20)는 상기 제1 축방향 단부(5)에 배열되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중질상 출구는 상기 제1 축방향 단부에 배열되는, 원심 분리기용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전 가능부(15b)는 상기 공급물 입구(20)를 위한 중앙 구멍 및 경질상 출구(21) 또는 중질상 출구(22) 중 하나를 위한 적어도 하나의 출구 구멍을 갖는 플레이트형 밀봉 요소인, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제5항에 있어서, 상기 고정부(15a)는 2개의 동심으로 배열된 링형 밀봉 요소(15f, 15g)를 포함하는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제6항에 있어서, 상기 링형 밀봉 요소(15f, 15g)의 내부는 상기 중앙 구멍 외부에서 축방향으로 그리고 상기 적어도 하나의 출구 구멍 내부에서 축방향으로 회전 가능부(15b)와 맞물리도록 배열되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제6항에 있어서, 적어도 하나의 유체 연결부는 상기 2개의 링형 밀봉 요소(15f, 15g)의 적어도 내부 내에 형성되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제8항에 있어서, 적어도 상기 2개의 링형 밀봉 요소(15f, 15g)의 내부는 상기 제1 밀봉 조립체(15)의 상기 회전 가능부(15b)를 향하는 리세스(28)를 그 표면에 가지며, 이 리세스(28)는 상기 적어도 하나의 유체 연결부에 연결되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제9항에 있어서, 적어도 하나의 유체 연결부는 상기 리세스(28) 중 적어도 하나에 유체를 공급하기 위한 밀봉 유체 입구(15d)를 포함하는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제10항에 있어서, 적어도 하나의 유체 연결부는 상기 리세스(28) 중 적어도 하나로부터 유체를 제거하기 위한 밀봉 유체 출구(15e)를 또한 포함하는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제11항에 있어서, 상기 밀봉 유체 입구(15d) 및 상기 밀봉 유체 출구(15e)는 모두 폐쇄 순환 시스템(37)을 형성하는 용기(36)에 부착되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제12항에 있어서, 펌프(38)가 상기 제1 밀봉 조립체(15)에 액체를 공급하기 위해 상기 밀봉 유체 입구(15d) 내에 배열되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
제12항에 있어서, 상기 용기(36)는 상기 제1 밀봉 조립체(15)에 액체를 공급하기 위해 미리 가압되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).
고정 프레임(30) 및 상기 고정 프레임(30) 내에 저널링된 회전 가능 부재(31)를 포함하는 원심 분리기(100)이며, 제1항 또는 제2항에 따른 교환 가능한 분리 인서트(1)를 포함하고, 이 교환 가능한 분리 인서트는 상기 회전자 케이싱이 상기 회전 가능 부재(31)에 끼워지고, 상기 제1 및 제2 고정 부분이 상기 고정 프레임(30)에 끼워지는 이러한 방식으로 배열되는, 원심 분리기(100).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원심 분리기(100)는 고정 프레임(30) 및 상기 고정 프레임(30) 내에 저널링된 회전 가능 부재(31)를 포함하고, 교환 가능한 분리 인서트(1)는 상기 회전 가능 부재(31) 내에 삽입되고 고정되도록 구성되는, 원심 분리기(100)용 교환 가능한 분리 인서트(1).