KR102650703B1

KR102650703B1 - 분리기

Info

Publication number: KR102650703B1
Application number: KR1020217021458A
Authority: KR
Inventors: 뤼디거 괴만
Original assignee: 게아 미케니컬 이큅먼트 게엠베하
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2024-03-22
Also published as: KR20210129182A; JP7361123B2; EP3930909A1; WO2020173545A1; JP2022528217A; KR20210126550A; WO2020173578A1; US20220152631A1; JP7299983B2; EP3930910A1; SG11202108236TA; US20220134357A1; CA3123698A1; CN113453803A; MX2021009148A; CN113365735A; JP2022521124A; BR112021011535A2

Abstract

본 발명은 상이한 밀도의 2개 이상의 상(phase)(LP, HP)으로 원심장(centrifugal field)에서 유동가능한 현탁액(S)을 분리하는 분리기로서, 상기 분리기는, a) 작동시에 정지 상태로 있는 하우징(10)으로서, 상기 하우징은 2 이상의 개구(103, 104, 105)를 가지는 컨테이너로 설계되되, 상기 개구(103, 104, 105)는 유입 현탁액(S)을 위한 유입 개구(103) 및 서로 상이한 밀도로 되되 바람직하게는 하우징(10)의 환형 공간에 각각 할당되는 하나 이상의 유동가능한 상(LP, HP)을 위한 적어도 하나 또는 복수개의 출구(104, 105)를 포함하는, 하우징(10); b) 상기 하우징(10)의 내부에 배치되는 회전가능한 드럼(20)으로서, 상기 드럼(20)은 수직 회전축(D)을 가지며, 상기 드럼(20)은 하우징으로부터 상기 하우징(10)의 개구(103, 104, 105)에 대응하는 복수의 개구(203, 209, 211)를 포함하는, 드럼(20); 및 c) 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)로서, 상기 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)는 적어도 하나의 제어 장치 및 전기 모터(330)를 포함하되, 상기 전기 모터(330)는 스테이터(331), 스테이터 자석 조립체(333) 및 로터 자석 조립체를 가진 로터를 포함하며, 상기 드럼(20)은 하우징(10)의 내부에 현수되어 유지되며, 반경방향 및 축방향으로 지지되고, 회전하도록 설정되는, 다중 부품 지지 및 구동 장치(30);를 포함하되, d) 상기 스테이터 자석 조립체(333)는 상기 하우징(10)의 외부에 배치되고, 상기 로터 자석 조립체(332)는 상기 드럼(20) 상에서 하우징(20)의 내부에 배치되어, e) 상기 드럼(20)의 회전 작동시에 하우징 및 드럼 사이에 공기 간극(LS)이 형성된, 분리기에 있어서, f) 상기 전기 모터를 제어하는 제어 장치에 의해 로터 자석 조립체(332)의 축방향 위치를 조절하여 드럼의 축방향 중심 설정 및 지지가 상기 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)에 의해 구현되며, g) 상기 드럼(20) 및 하우징(10) 사이에 하나 이상의 밀봉 링이 배치되되, 상기 밀봉 링은 상기 밀봉 링이 작동시에 배치되는 영역에서 드럼(20)을 추가적으로 반경방향으로 지지하도록 된 것을 특징으로 하는 분리기에 대한 것이다.

Description

분리기

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 분리기에 관한 것이다.

유동가능한 제품을 상이한 상(phase)으로 분리하기 위한 일반적인 분리기는 WO 2014/000829 A1에 공지되어 있으며, 이는 드럼 하부 및 드럼 상부를 갖는 회전식 드럼 및 드럼에 배열된 정화 수단을 가지며, 여기서 드럼 하부, 드럼 상부, 정화 수단 중 하나, 복수개 또는 모든 요소는 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 구성된다. 이러한 방식으로, 드럼의 일부 또는 바람직하게는 전체 드럼(바람직하게는 입구 및 출구 시스템 또는 영역과 함께)을 단일 용도로 설계할 수 있으며, 이는 발효 브로스(fermentatin broth) 등과 같은 제약 제품의 가공과 관련하여 특히 흥미롭고 이점이 있는데, 그 이유는 제품 배치(batch)의 처리 동안 바람직하게는 연속 작업에서 상응하는 제품 배치의 처리를 위한 작업 후에, 드럼의 제품 접촉 부분을 청소할 필요가 없기 때문에, 드럼 전체를 교체할 수 있다. 특히 위생적인 관점에서 보면 이러한 분리기는 매우 바람직하다. 이러한 일회용 드럼과 구동부 사이의 물리적 분리를 달성하기 위해, 구동부와 드럼 사이의 비접촉 결합이 바람직하다. WO 2015/1100501 A1에서 자기 구동 장치와 상기 구동 장치에 의해 그 축을 중심으로 회전 운동하도록 설정된 컨테이너를 포함하며, 혈액을 밀도가 다른 두 상(phase)으로 분리하는 장치가 알려져 있으며, 상기 컨테이너는 적어도 하나의 개방 단부를 포함하며, 이러한 적어도 하나의 입구에서, 컨테이너는 자기적으로 현수된다.

문제는 개방형인 컵형 로터의 지지가 만족스럽지 않게 해결되어, 상대적으로 강한 전진(precession) 운동을 하는 경향이 있으므로, 회전 속력 및 장치가 작동할 수 있는 분리 성능과 관련하여 제한된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 청구범위 제1항의 청구 사항에 의해 이러한 목적을 달성하게 되는데, 제1항의 발명은 서로 상이한 밀도의 적어도 2개의 유동 가능한 상(phases)으로 원심 장(field)에서 유동할 수 있는 현탁액을 분리하는 분리기를 제공하되, 상기 분리기는 작동시에 정지 상태로 있는 하우징으로서, 상기 하우징은 2 이상의 개구를 가지는 컨테이너로 설계되되, 상기 개구는 유입 현탁액을 위한 유입 개구 및 하나 이상의 유동가능한 상(phase), 선택적으로는 서로 다른 밀도로 되되, 바람직하게는 하우징의 환형 공간에 각각 할당되는 상을 위한 적어도 하나 이상의 유출구를 포함하는, 하우징, 및 상기 하우징 내부에 배치되는 회전가능한 드럼으로서, 상기 드럼은 수직 회전축을 가지며 상기 하우징에 대응하며 하우징의 개구에 대응하는 복수의 개구를 포함하는, 드럼, 다중 부품 지지 및 구동 장치로서, 상기 다중 부품 지지 및 구동 장치는 적어도 하나의 제어 장치 및 전기 모터를 포함하되, 상기 전기 모터는 스테이터, 스테이터 자석 조립체 및 로터 자석 조립체를 가진 로터를 포함하며, 이에 의해 상기 드럼은 하우징 내부에 현수되어 유지되며, 반경방향 및 축방향으로 지지되고, 회전하도록 설정되는, 다중 부품 지지 및 구동 장치를 포함하되, 상기 스테이터 자석 조립체는 상기 하우징의 외부에 배치되고, 상기 로터 자석 조립체는 상기 드럼 상에서 하우징의 내부에 배치되어, 작동시에 하우징 및 드럼 사이에 공기 간극(LS)이 형성되며, 상기 전기 모터를 작동시켜서 제어 장치에 의해 로터 자석 조립체의 위치를 제어함으로써만 드럼의 축방향 중심 설정 및 지지가 구현되며, 하나 이상의 밀봉 링이 상기 드럼 및 하우징 사이에 배치되되, 상기 밀봉 링은 상기 밀봉 링이 작동시에 배치되는 영역에서 드럼을 추가적으로 반경방향으로 지지하도록 된다.

드럼의 축 방향 및 필수적인 반경방향 중심 설정은 제어 장치의 도움으로 달성되며, 이는 작동 중에 회전 운동을 조절하여 로터 자석 조립체와 로터 및 상기 스테이터 자석 조립체 내에서 회전하는 관련된 드럼의 크게 정의된 축방향 또는 수직방향 배열은 작동시에 이루어진다. 밀봉 링은 작동 중에 상호 보완적인 베어링 방식으로 배열 된 영역에서 드럼을 방사상으로 안내하게 된다.

그 결과, 지지 및 구동 장치가 있는 드럼은 반경 방향에 대해 지지될 수 있을 뿐만 아니라, 현수된 상태로 유지되고 축방향으로 중앙에 위치할 수도 있다. 드럼 및 하우징의 의도된 일회용 개념으로 인해, 로터 자석의 축 방향 지지 특성은 의도된 양의 현탁액 처리가 완료될 때까지 본 발명을 위한 드럼의 충분한 축방향 지지를 보장하기에 충분하다. 더 높은 속도와 그에 따라 분리기의 더 높은 분리 성능을 달성하기 위해, 하나 이상의 기계적 밀봉부가 작동 중에 드럼을 그 상단에서 방사상으로 안내하는 것도 바람직하다. 이러한 방식으로, 드럼의 추가적인 반경방향 안내는 단순히 설계에 의해 달성된다.

"하우징"이라는 용어는 너무 좁게 해석되어서는 안된다. 그것은 완전히 본질적으로 경질의 컨테이너를 포함하지만, 완전히 또는 부분적으로 비본질적으로 경질인 컨테이너도 포함한다.

밀봉 링이 누출없이 밀봉하기 위해 드럼과 하우징 사이의 환형 공간에 인접하게 분포되는 것이 바람직하다. 드럼과 하우징 사이의 배출구 및/또는 환형 공간이 하나 이상의 밀봉부로 밀봉되는 경우, 특히 서로에 대해 밀봉되는 것이 또한 바람직하다. 이러한 방식으로, 분리기 내부 또는 외부로의 현탁액, 가벼운 상(phase) 및 아마도 더 무거운 상의 흐름이 서로 안정적으로 분리된다.

밀봉 링은 기계적 밀봉부로 설계될 수 있다. 따라서, 시중에서 판매되는 기계 요소를 가진 밀봉부가 저렴하고 설계 측면에서 간단하게 되도록 한다.

입구는 상부로부터 하우징의 중앙을 향해 수직으로 연장되는 입구 파이프로서 형성되고, 2 개의 출구는 방사상으로 정렬된다.

분배기 및 분리 수단, 특히 디스크 팩이 충분한 분리 효과를 보장하기 위해 드럼에 배열되는 것이 추가로 제공될 수 있다.

드럼의 상부 축 방향 섹션에서 드럼 상에 제 1 유체 출구가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

제 1 유체 출구에 인접한 상부 축방향 영역의 드럼 상에 제 2 유체 출구가 형성된다.

선택적으로, 적어도 하나의 액체 배수구에 드럼 내의 분리 영역을 조정하기위한 장치가 할당될 수 있다.

그 후, 바람직하게는, 일회용 작업 및/또는 누수없는 처리를 위해, 하우징은 개구의 전체 개수가 2 개 또는 3 개로 되도록 개구를 구비하며 그렇지 않으면 밀폐된 방식으로 설계된다.

밀봉부는 기계적 밀봉부 또는 엘링 밀봉부(Elring seal)로 설계되는 것이 바람직하다. 따라서, 시중에서 판매되는 기계 요소를 가진 밀봉부가 저렴하고 설계 측면에서 간단하게 되도록 한다.

특히 고속을 달성하고 특히 안정적인 작동을 위해, 상부 축 방향 영역(바람직하게는 축방향 상단부)의 드럼에 제 1 유체 출구를 갖는 것이 유리할 수 있으며, 마찬가지로 드럼의 상부 축 방향 영역에 제 2 유체 출구를 갖는 것이 바람직하다.

하우징이 개구의 전체 개구가 2 개 또는 3 개로 되도록 개구를 구비하며 그렇지 않으면 밀폐적으로 폐쇄된 방식으로 설계되는 것이 바람직하다. 이는 일회용 부품인 "드럼" 및 "하우징"을 갖는 분리기를 더 쉽게 생성하는 반면, 지지 및 구동 장치의 적어도 일부는 재사용 가능하다.

그러나 청구항 1의 전제부에 기초하여 독립적인 발명으로 이해되어야 하는 추가적인 개발에 따르면, 상기 하우징은 본질적으로 전체 또는 섹션이 단단하지 않지만 변형 가능하고 바람직하게는 유연한 컨테이너로 설계된다. 이러한 비본질적으로 경질인 섹션에서, 상기 하우징은 전체적으로 자립할 수 있을 만큼 충분히 안정적일 수 있지만, 이것은 경질 플라스틱 컨테이너, 예를 들어 치수가 안정적인 플라스틱 탱크처럼 비본질적으로 경질이지만 큰 힘 없이도 손에 의해 또는 만져서 쉽게 변형될 수 있다. 특히, 이것은 보조 수단에 의한 형태 안정화 없이 충분한 공극을 확보할 수 있을 정도로 본질적으로 단단하지는 않다.

이러한 방식으로, 상기 하우징은 특히 비교적 적은 플라스틱 재료로, 더욱이 비교적 저렴한 플라스틱 재료로 제조될 수 있으며, 특히 복잡하지 않은 방식으로 폐기될 수 있다. 즉, 컨테이너의 적어도 일부는 유연하거나 유연한 가방처럼 설계된다.

상기 컨테이너는 일부 영역에서 하나 이상의 본질적으로 경질의 섹션과 일부 영역에서 하나 이상의 가요성 섹션을 가질 수 있다. 특히, 상기 컨테이너는 일부 영역에서 하나 이상의 본질적으로 경질의 섹션과 일부 영역에서 하나 이상의 가요성 섹션을 가지며, 이는 본질적으로 경질인 섹션을 연결하게 된다.

컨테이너가 2 개의 축 방향 단부 각각에 본질적으로 경질인 섹션 중 하나를 갖는 것이 바람직하다. 이들 섹션 중 하나는 입구 및 출구 영역에 제공될 수 있고, 다른 하나는 로터 자석 조립체 영역에 제공될 수 있으며, 여기서 본질적으로 경질인 설계는 드럼으로부터 하우징의 특별히 정의된 거리를 보장하는데 특히 바람직하다.

추가적 개발에 따르면, 작동시 비본질적으로 경질인 섹션 또는 전체적으로 비본질적으로 경질인 컨테이너가 보조 수단에 의해 전체적으로 비본질적으로 경질인 컨테이너 또는 비본질적으로 경질인 섹션이 작동시에 드럼에 직접 접촉하기 않도록 하는 상태로 설정된다.

이를 위해, 예를 들어 보조 수단은 컨테이너가 펼쳐진 상태로 유지되는 프레임 워크로서 설계될 수 있다.

프레임이 하우징 외부에 배열된 프레임으로 설계되어 컨테이너가 펴진 상태로 내부에 고정될 수도 있다. 이러한 방식으로, 상기 컨테이너는 프레임 내부에서 특히 쉽게 확장될 수 있으며 프레임은 여러 용도로 사용될 수 있다.

하우징은 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 만들어질 수 있다. 드럼은 주로, 바람직하게는 구동부의 하나 이상의 구성 요소(예를 들어, 로터 자석 조립체)로부터 떨어져 있고, 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 만들어진다. 이것은 제한된 양의 현탁액을 처리하기 위한 일회성 작업 및 선택적으로는 이러한 처리 후 폐기를 위한 관련 청구항 중 하나 이상에 따른 분리기의 사용에 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 설계는 종속항으로부터 취해져야 한다.

이하에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 의해보다 상세하게 설명되며, 여기서 추가로 유리한 변형예 및 설계 역시 논의된다. 아래에서 논의되는 예시적인 실시예는 본 발명을 결정적으로 설명하기 위한 것이 아니라, 도시되지 않은 변형예 및 등가물도 가능하며 청구항에 포섭된다.
도 1은 본 발명에 따른 분리기의 개략도이다.
도 2a는 아직 펼쳐지지 않은 상태에서의 수용 컨테이너를 둘러싼 분리기를 도시하는 도면이다.
도 b는 펼쳐진 상태에서 수용 컨테이너를 둘러싼 분리기를 도시하는 도면이다.

도 1의 분리기(1)는 작동 중에 정지된 상태로 되는 하우징(10)을 갖는다. 이 하우징은 바람직하게는 전체적으로 또는 적어도 부분적으로는 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 구성된다.

도 1에 따르면, 상기 하우징은 추가 도움없이 내부에서 회전하는 로터로부터 정의된 작동 거리를 유지하기에 충분히 안정된 실질적으로 본질적으로 경질인 안정된 컨테이너로 형성된다.

한편, 도 2에 따르면, 상기 하우징(10)은 본질적으로 경질이고 부분적으로는 치수가 안정된 컨테이너로, 그렇지 않으면 비본질적으로 경질이며 변형 가능한 컨테이너로 설계된다. 따라서, 상기 컨테이너는 전체적으로 또는 적어도 부분적으로 변형 가능한 가방처럼 거동한다. 도 2를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명된다. 따라서, 용어 "하우징"은 한편으로 본질적으로 안정적이거나 본질적으로 경질이어서 작동 중에 드럼과 이격되어 유지되는 컨테이너를 포함하며, 다른 한편으로는, 전체적으로 또는 부분적으로 비본질적으로 경질이며 선택적으로는 지지 구조체(150)(예를 들어 프레임으로 설계됨)와 같은 보조 수단에 의해 본질적으로 경질인 상태로 유지되는 컨테이너를 포함한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 프레임은 컨테이너 외부의 외부 프레임이며, 인장 벨트, 고무 링 등과 같은 인장 수단(151)에 의해 상기 프레임에서 펼쳐지는 방식으로 유지되거나(도 2a), 작동시에 펼쳐진 상태로 유지될 수 있다(도 2b).

여기서, 상기 하우징(10)은 하부 섹션(101) 및 상부 섹션(102)을 갖는다. 상기 하부 섹션(101)은 원통형 섹션으로 구성될 수 있다. 이것은 다른 직경의 하나 이상의 원통형 영역의 섹션(101a, 101b)으로 분할될 수도 있다.

예를 들어, 상기 하부 섹션(101)은 제 1 직경을 갖고 하부 단부에 폐쇄된 바닥을 갖는 제 1 하부(여기서는 컵형) 영역(101a)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 하부 섹션(101a)은 실질적으로 드럼 상의 로터의 구동부의 구동 요소를 수용하기 위한 것이다. 상기 제 1 섹션(101a)에 대하여 바람직하게는 더 큰 직경의 제 2 섹션(101b)이 수직으로 위쪽으로 이어질 수 있다.

다음으로, 축방향으로 위쪽으로, 상기 하부 섹션(101)에 대하여 상부 섹션(102)이 이어진다. 이것은 적어도 상기 하부 영역(102a)에서 원추형 테이퍼링 디자인으로 제공될 수 있다. 상부를 향하여, 이러한 원추형의 섹션(102a)은 하우징 헤드(102b)에 인접할 수 있다. 이것은 원통형 디자인으로 될 수 있으며, 그 자체로 계단식이 될 수 있다.

이 모양이 선호되지만 필수는 아니다. 특히, 상기 하부 섹션(102)은 또한 원추형 또는 단면 원추형 및 원통형 방식으로 설계될 수 있다.

도 2a 및 2b에 따르면, 특히 컵 형상의 하부 영역(101a) 및 하우징 헤드(102b)는 본질적으로 경질일 수 있고, 예를 들어 사출 성형된 플라스틱 요소로서 설계될 수 있다. 이들 요소(101a 및 102b) 사이의 영역은 가요성 플라스틱 튜브 섹션(101b, 102a)(도 2a)으로 구성될 수 있다. 이것은 펼쳐질 수 있다(도 2b). 따라서, 이것은 당김 수단 및 후크와 같은 인장 수단(151) 또는 다른 방식으로 외부 프레임 워크(150)에 부착될 수 있으므로, 이러한 인장의 결과로(도 2b), 이것은 상기 하우징(10)을 형성하며, 상기 하우징은 작동 중에 충분히 안정적으로 되어, 아래에서 설명되는 바와같이, 둘러까세 되어 작동중에 회전하는 로터와 접촉하지 않는다.

하우징(10)은 개구, 이 경우(논의될) 적어도 2 개 또는 3 개의 개구를 제외하고 유리하게 밀폐된 컨테이너의 방식으로 설계된다. 이러한 개구는 유입 개구(103) 및 하나 또는 두 개의 유체 출구(104, 105)이다. 단일 배출구만 제공되는 경우, 배치 작업의 고체상(solid phase)을 드럼 내부에 수집하여 처리할 예정된 양의 현탁액을 완전히 처리한 후 전체 분리기와 함께 폐기할 수도 있다(미도시).

유입 개구(103)는 하우징(10)의 중앙을 향해 위에서 수직으로 연장되는 유입 튜브(106)에 의해 관통된다. 2 개의 유체 출구(104, 105)는 반경방향으로 연장되거나 실질적으로 반경방향으로 연장될 수 있다.

제 1 유체 출구(104) 및 추가의 제 2 유체 출구(105)는 하우징(10)의 상부 섹션(102)의 하우징 헤드(102b)에 형성된다. 이들 출구들은 하우징(10)의 상단에 직접 형성된다.

하나 또는 둘 이상의 유체 출구(104, 105)의 상류에는 하우징의 하나 이상의 환형 공간(107, 108)이 있다. 하나 이상의 출구(104, 105)는 그 후 회전하는 드럼(20)의 작동 동안 하나 이상의 환형 공간(107, 108)으로부터 하나 이상의 유동가능한 상(phase)이 배출되도록 한다. 하나의 환형 공간 또는 둘 이상의 환형 공간(107, 108)의 중요성 및 유익한 효과는 아래에서 추가로 설명될 것이다.

하우징의 유체 출구(104, 105)는 여기서 하우징(10)으로부터 반경방향으로 이어지는 노즐로서 설계되며, 여기에 라인, 특히 호스 등(미도시)이 연결될 수 있다. 바람직하게는, 하나의 입구 및 복수의 출구 라인, 특히 출구 파이프 또는 호스가 입구 및 출구에 연결된다. 이들은 배열체, 특히 하우징을 더욱 안정시키고 공간적으로 제한된 범위로 유지하도록 특정한 고유의 강성을 가질 수 있다.

하우징(10) 내부에는, 수직 회전축인 가상의 "이상적인" 회전축(D)를 갖는 회전 가능한 드럼(20)과 함께 구동 장치의 회전 가능한 로터가 배치된다. 세차 운동(precession movements)으로 인해 실제 회전축이 수직에서 벗어나게 된다.

드럼(20) 및 그 구성 요소는 바람직하게는(이상적으로는 설명되는 자석을 제외하고) 플라스틱 재료 또는 플라스틱 복합 물질로 그 전체 또는 그 대부분이 제조된다. 상기 드럼(20)은 하부 원통형 및/또는 원추형 섹션(201) 및 상부 원추형 섹션(202)뿐만 아니라, 도 1 및 도 2의 방향으로 수직으로 위쪽으로 연장되는 원통형 돌출부로 구성된 유형의 드럼 헤드를 가질 수 있다.

하우징(10)과 같이 하우징(10)의 유입 파이프(106)는 작동 중에 고정될 수 있다. 이는 하우징(10)의 입구 개구를 통해 위로부터 드럼(20)으로 수직으로 연장되어 유입 파이프와 동심인 드럼(20)의 분배기(204)의 분배기 파이프(203)로 연장된다. 분배기는 회전 시스템(로터 또는 드럼)의 일부를 형성한다.

하나 이상의 유체 출구(104, 105)의 상류에는 차례로 하우징의 하나 이상의 환형 공간(107, 108)이 존재한다. 출구는 이후 회전하는 드럼(20)의 작동 중에 환형 공간(107, 108)으로부터 유체가 배출되도록 한다.

유체 배출구(104, 105) 및/또는 환형 공간(107, 108)을 밀봉하기 위해, 특히 서로에 대해 밀봉하기 위해, 드럼(10) 및 하우징(20) 사이에 하나 이상, 여기서는 3 개의 밀봉부(109)가 제공된다. 이 밀봉부는 여기서 밀봉 링으로 설계된다.

도 1의 예에서, 드럼(20)과 하우징(10) 사이의 공극에 있는 3 개의 반경 방향 밀봉 링(109a, 109b 및 109c)은 하우징(0)의 축방향 상부 및 반경방향 내부 영역에 대하여 드럼(20) 상의 반경방향 외측의 축방향 상부 영역을 밀봉한다.

밀봉 링(109)은 기계적 밀봉부로서 설계되는 것이 바람직하다. 또는 엘링 밀봉부(Elring seal)와 같은 다른 밀봉 링도 사용할 수 있다.

드럼(20) 및 하우징(10)의 의도된 일회용 개념으로 인해, 기계적 밀봉부(109)의 플레인 지지 특성은 의도된 일회 작동에서 드럼(20)의 적절한 반경방향 지지를 보장하기에 충분하다.

기계적 밀봉부(109)의 평면 지지 특성은 작동 중에 그 상부 단부, 소위 드럼 헤드에서 방사상으로 드럼(20)을 안내한다.

드럼(20)의 세차 운동(precession)으로 인한 드럼(20)의 보상 및 진동 운동은 일회성 작동에 충분한 방식으로 적절한 제어 시스템과 상호 작용하여 후술할 로터 자석(332)에 의해 보상될 수 있다.

먼저, 로터의 추가 구성에 대해 더 자세히 설명해야 한다.

분배기(204)의 분배기 파이프(203)는 방사형 분배기 채널(205)로 아래쪽으로 개방되어 분리 챔버 또는 원심 분리 챔버(206)로 이어진다. 디스크 팩(207)과 같은 정화제가 이러한 분리 챔버(206)에 배치될 수 있다. 분배기(204)는 분배기 베이스(205a)를 가질 수 있으며, 이는 드럼(20), 특히 원통형 섹션(201)으로부터 축 방향으로 아래로 돌출하는 하부 원통형 연장부(205b)를 갖는다.

분리 챔버(206)에서, 공급 파이프(106)를 통해 드럼(20)으로 공급되는 처리될 현탁액(S)은 드럼(20)의 피동 회전 작업 동안에 원심력에 의해 서로 다른 밀도의 2 개 이상의 유동성 상(LP 및 HP)으로 분리된다. 저밀도 상(LP)은 분리 챔버(206)에서 반경 방향 내측으로 흐르고, 여기서 제 1 배출 채널(208)을 통해 반경 방향 배출부(209)로 상향 배출되고, 회전 드럼에서 반경 방향 배출부(209)를 통해 제 1 환형 공간(107)으로 배출된다. 여기서, 저밀도 상(pahse: LP)은 반경 ri에서 드럼(20)을 떠난다. 그것은 운동량으로 인해 환형 공간에서 상부 유체 출구(104)를 통해 하우징(10) 밖으로 원형으로 흐른다.

고밀도 상(HP)은 분리 챔버(206)에서 반경방향 외측으로 흐르고, 제 2 배출 채널(210)을 통해 반경방향 배출부(211)로 위쪽으로 배출되고, 회전 드럼으로부터 제 2 환형 공간(108)으로 후자를 통해 반경방향으로 배출된다. 여기서 고밀도 상 (phase: HP)은 반경 ra에서 드럼(20)을 떠난다. 거기로부터 그것은 운동량으로 인해 환형 공간(108)에서 하부 유체 출구(105)를 통해 하우징(10) 밖으로 원형으로 흐른다. 또한, 이러한 상 또는 다른 또는 상이한 상(예를 들어, 폐기될 폐기물 상)은 만약 고체로 구성되어 고체상이 배수되지 않는다면, 작업시에 드럼(20)에서 극단적으로 수집된다. 드럼(20)은 단일 배출부만을 갖는다.

ra 대 ri의 비율은 디스크 팩 내의 두가지 상 사이에서 분리 영역의 반경을 조정하는 데 사용할 수 있으므로, 개별 상(phase)의 유속을 조절할 수 있다. 분리 구역의 반경은 유체 출구(104 및/또는 105)를 조절함으로써 변경될 수도 있다.

환형 공간 아래의 수직 영역에서, 하우징(10)과 드럼(20)은 공극(LS)에 의해 이격된다. 이는 드럼(20)의 높은 회전 속도가 이와 같이 비교적 용이하게 달성될 수 있기 때문에 바람직하다. 이 영역에서 공극(LS)은 배출될 상(HP, LP) 중 하나로 채워지지 않는다.

드럼(20)은 단일 전자기 지지 및 구동 장치(30)에 의해 하우징(10) 내에서 현수되고 회전된다. 상기 단일 전자기 지지 및 구동 장치(30)는 단일 지지 및 구동 유닛을 갖는다.

상기 전자기 지지 및 구동 장치(30)는 하우징(10) 외부에 스테이터 자석 조립체(333)를 갖는 스테이터(331)를 갖는 베이스 유형을 포함하는 전기 모터(330)를 포함한다. 상기 하우징(10)은 작동 중에 베이스에 배치될 수 있다. 제어 유닛은 또한 하우징(10) 외부에 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 구동부 구성 요소는 재사용 가능한 것이 바람직하며 일회용 배치 작업을 위한 것이 아니다.

대비하여, 로터 자석 조립체(332)를 갖는 로터는 드럼(20)상의 하우징(10) 내부에 형성될 수 있고 일회용 작동만을 위해 제공될 수 있다. 상기 로터 자석 조립체(332)는 작동 후에 폐기될 수 있거나, 대안적으로 하우징(10) 및 드럼(20)의 나머지 부분의 적절한 폐기 후에 재사용될 수 있다.

상기 로터 자석 조립체(332)는 하우징(10) 내의 드럼(20) 상에 배열된다. 이는 하우징의 컵형의 하부 섹션으로 연장되지만 작동 중에 드럼(20)이 접촉하지 않는 하부 영역에서 드럼(20) 상에 형성될 수 있다.

제어 장치에 의한 구동의 적절한 제어의 결과, 전체 로터가 회전되으로 설정되며, 스테이터와 로터 사이의 자기 효과로 인해 회전할 뿐만 아니라 작동시에 유지되는 현수된 상태로 진입하게 된다.

드럼(20)의 축방향 및 반경방향 중심 설정은 제어 장치에 의해 행해지는데, 상기 제어 장치는 작동 중에 회전 운동을 조절하고 작동 중에 로터 자석 조립체 및 이에 따른 스테이터 자석 조립체 내에서 회전하게 되는 로터의 크게 정의된 축방향 또는 수직 배열이 되도록 한다.

따라서 로터 자석(332) 및 이에 따른 드럼(20)의 축방향 중심 설정은 제어 유닛에 의한 고정자 자석(333)의 제어 및 조절에 의해 전체적으로 또는 실질적으로 단독으로 실현된다. 이러한 조절은 비-회전 및/또는 회전 시스템에 있는 하나 이상의 센서에 의해 지원될 수 있다.

이러한 방식으로, 상기 드럼(20)은 반경 방향에 대해 지지될 수 있을 뿐만 아니라 현수된 상태로 유지되고 축방향으로 중심에 위치할 수도 있다. 드럼(20) 및 하우징(10)의 의도된 일회용 개념으로 인해, 드럼(20)의 충분한 반경 방향 및 축방향 베어링이 본 출원을 위해 보장된다.

상기 구동 장치(30)는 전자기적으로 작동될 수 있다. 그러나 회전하는 영구 자석을 통하여 구동부도 구현될 수 있다.

예를 들어, 원심 펌프(EP2273124B1)를 구동하기 위해 Levitronix 사에 의해 적합한 지지 및 구동 장치(30)가 사용되고 제공된다. 이러한 제어는 분리기의 반경방향 지지가 보장되는 방식으로 통상이 기술자에 의해, 또는 테스트에 의해 쉽게 프로그래밍될 수 있다.

작동시, 드럼(20)은 이에 따라 회전한다. 이 경우, 드럼은 서스펜션에서 축 방향으로 유지되고 반경 방향으로 중앙에 위치한다. 바람직하게는, 상기 드럼(20)은 분당 1,000 내지 20,000 회전의 속도로 회전된다. 회전에 의해 생성된 힘은 이미 위에서 상세히 설명된 바와 같이 상이한 상으로 처리될 현탁액의 분리 및 선택적으로 배출로 이어지게 된다.

설명된 실시예에서, 하우징과 함께 분리기를 생성하는 것이 다시 가능하며, 이는 구동 시스템 및 베어링의 부품을 제외하고는 일회용으로 설계될 수 있으며, 발효 브로스 등과 같은 제약 제품을 처리하는 것에 대하여 특히 흥미롭고 유익한데, 해당 제품 배치를 처리하기 위한 작업 후 제품 배치 처리 중 바람직하게는 연속 작업으로 되기 때문에, 드럼(20)의 세척을 수행할 필요가 없지만 상기 드럼(20)은 하우징(10)과 함께 전체적으로 교체될 수 있다. 선택적으로, 자석과 같은 개별 요소를 적절하게 재활용 할 수 있다.

특정 응용 분야의 경우, 제품과 접촉하는 모든 구성 요소가 완전히 무균 또는 멸균되어야 필요가 있다. 예를 들어, 베타선으로 이러한 구성 요소를 멸균해야 한다. 재료는 그러한 조사에 적합해야 할 수 있다.

일 변형예에 따르면 밀봉부의 작동 표면은 강철 슬리브로 구성될 수 있다. 이것들도 살균할 수 있으려면 오토 클레이브 강철로 만들어야한다.

1: 분리기
10: 하우징
101: 하부 원통형 섹션
102: 상부 원추형 섹션
103: 유입 개구
104, 105: 유체 출구
106: 유입 파이프
107, 108: 환형 공간
109, 109a, 109b, 109c: 밀봉부
110: 하우징 헤드
20: 드럼
201: 하부 원통형 섹션
202: 상부 원추형 섹션
203: 분배기 파이프
204: 분배기
205: 유통 채널
206: 분리 챔버
207: 디스크 팩
205a: 분배 베이스
205b: 원통형 확장부
208: 배출 채널
209: 배출부
210: 배출 채널
211: 배출부
30: 지지 및 구동 장치
330: 전기 모터
331: 스테이터
332: 로터 자석
333: 스테이터 자석
D: 회전축
S: 현탁액
LP, HP: 유동가능한 상
LS: 공극
ri: 반경
ra: 반경

Claims

상이한 밀도의 2개 이상의 상(phase)(LP, HP)으로 원심장(centrifugal field)에서 유동가능한 현탁액(S)을 분리하는 분리기로서, 상기 분리기는,
a) 작동시에 정지 상태로 있는 하우징(10)으로서, 상기 하우징은 2 이상의 개구(103, 104, 105)를 가지는 컨테이너로 설계되되, 상기 개구(103, 104, 105)는 유입 현탁액(S)을 위한 유입 개구(103) 및 서로 상이한 밀도로 되되 하우징(10)의 환형 공간에 각각 할당되는 하나 이상의 유동가능한 상(LP, HP)을 위한 적어도 하나 또는 복수개의 출구(104, 105)를 포함하는, 하우징(10);
b) 상기 하우징(10)의 내부에 배치되는 회전가능한 드럼(20)으로서, 상기 드럼(20)은 수직 회전축(D)을 가지며, 상기 드럼(20)은 하우징으로부터 상기 하우징(10)의 개구(103, 104, 105)에 대응하는 복수의 개구(203, 209, 211)를 포함하는, 드럼(20); 및
c) 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)로서, 상기 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)는 적어도 하나의 제어 장치 및 전기 모터(330)를 포함하되, 상기 전기 모터(330)는 스테이터(331), 스테이터 자석 조립체(333) 및 로터 자석 조립체를 가진 로터를 포함하며, 상기 드럼(20)은 하우징(10)의 내부에 현수되어 유지되며, 반경방향 및 축방향으로 지지되고, 회전하도록 설정되는, 다중 부품 지지 및 구동 장치(30);를 포함하되,
d) 상기 스테이터 자석 조립체(333)는 상기 하우징(10)의 외부에 배치되고, 상기 로터 자석 조립체(332)는 상기 드럼(20) 상에서 하우징(20)의 내부에 배치되어,
e) 상기 드럼(20)의 회전 작동시에 하우징 및 드럼 사이에 공극(air gap: LS)이 형성된, 분리기에 있어서,
f) 상기 전기 모터를 제어하는 제어 장치에 의해 로터 자석 조립체(332)의 축방향 위치를 조절하여 상기 다중 부품 지지 및 구동 장치(30)에 의해 드럼의 축방향 중심 설정 및 지지가 구현되며,
g) 상기 드럼(20) 및 하우징(10) 사이에 하나 이상의 밀봉 링(109)이 배치되되, 상기 밀봉 링은 상기 밀봉 링이 작동시에 배치되는 영역에서 드럼(20)을 추가적으로 반경방향으로 지지하도록 되며,
상기 드럼(20)의 내부에는 분배기(204) 및 디스크 팩(207)이 배치된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 밀봉 링은 하나 이상의 출구의 영역에서 상기 드럼(20) 및 상기 하우징(10) 사이의 환형 공간(107, 108)에 인접하게 분포되는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 밀봉 링(109)은 기계적 밀봉부 또는 엘링 밀봉부(Elring seal)로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유입 개구(103)는 상기 하우징(10)의 중심의 방향으로 위로부터 수직하게 연장되는 유입 파이프(106)로 되며, 유체 출구(104, 105)는 반경방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 분리기.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 드럼(20)의 상부 축방향 섹션(102)의 드럼(20) 상에 제 1 배출부(209)가 형성된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 배출부(209)에 인접한 상부 축방향 영역의 드럼(20) 상에 제 2 배출 라인(211)이 형성된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하우징(10)은 개구의 전체 개수가 2개 또는 3개가 되도록 개구를 포함하며, 그렇지 않으면 밀폐된 방식으로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하우징(10)은 전체적으로 또는 부분적으로 비-본질적으로 경질인 형상 변경 컨테이너로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 9 항에 있어서,
상기 컨테이너의 적어도 일부는 유연한 것을 특징으로 하는 분리기.
제 9 항에 있어서,
상기 컨테이너는 일부 영역에서 하나 이상의 본질적으로 경질인 섹션을 가지며, 일부 영역에서 하나 이상의 비-본질적으로 경질인 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 9 항에 있어서,
비-본질적으로 경질인 섹션은 본질적으로 경질인 섹션에 연결된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 9 항에 있어서,
상기 컨테이너는 2개의 축방향 단부 각각에서 하나의 본질적으로 경질인 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 9 항에 있어서,
비-본질적으로 경질인 섹션 또는 전체적으로 비-본질적으로 경질인 컨테이너는 보조 수단에 의해 작동시에 하나의 상태에 놓이게 되되, 전체적으로 비-본질적으로 경질인 컨테이너(10) 또는 비-본질적으로 경질인 섹션은 작동시에 드럼(20)과 직접 접촉하지 않게 되는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 14 항에 있어서,
상기 보조 수단은 상기 컨테이너가 펼쳐진 상태로 유지되는 프레임워크로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 15 항에 있어서,
상기 프레임워크는 상기 컨테이너가 펼쳐진 상태로 되되 상기 하우징(10)의 외측에 배치된 프레임워크로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 하우징(10)은 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 분리기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 드럼(20)은, 하나 이상의 구동부의 구성요소와는 다르게, 플라스틱 또는 플라스틱 복합 물질로 된 것을 특징으로 하는 분리기.
원심 분리 처리될 제한된 양의 현탁액을 처리하기 위한 단일 작업을 위하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 분리기를 사용하는 사용 방법.