KR20080077001A - Solids recovery using cross-flow microfilter and automatic piston discharge centrifuge - Google Patents
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Abstract
Description
*관련 출원의 교차 참조* Cross-reference to related applications
이 출원은 2005년 9월 1일 출원된 출원 계속 중인 미국 특허출원 제 11/218,280호의 연속출원이고 2006년 8월 25일 출원된 국체 특허출원 제 PCT/IB2006/002411호의 연속출원이다. 이 출원은 2005년 12월 5일 출원된 미국 가출원 제 60/742,558호와 2006년 1월 4일 출원된 미국 가출원 제 60/756,381호를 우선권으로서 주장하고 있다. 이 관련 출원은 여기서 각각 참조로서 인용된다. This application is a continuation of the pending US patent application Ser. No. 11 / 218,280, filed September 1, 2005 and a continuation of the national patent application PCT / IB2006 / 002411, filed August 25, 2006. This application claims priority to US Provisional Application No. 60 / 742,558, filed December 5, 2005 and US Provisional Application No. 60 / 756,381, filed January 4, 2006. These related applications are each hereby incorporated by reference.
원심분리기의 많은 다른 형태가 특별한 중력에 기초하여 불균질 혼합물을 구성성분으로 분리하기 위해 공지되어 있다. 일반적으로, 주입 물질 또는 액체로서도 지칭될 수 있는 불균질 혼합물은 원심분리기의 회전 보울로 주입된다. 회전 보울은 고속으로 회전하고 이 혼합물의 구성성분에 힘을 가하며, 이는 높은 특별한 중력을 가지고 이에 의해 이로부터 침전에 의해 분리된다. 결과적으로, 조밀한 고 체는 보울의 내부면 또는 내벽에 대해 단단하게 케이크(cake)처럼 압축되고, 정해진 액체는 케이크로부터 방사상으로 내부로 형성된다. 이 보울은 중력보다 20,000배 큰 힘을 만들기에 충분한 속도로 회전할 수 있고, 이에 의해 센트레이트(centrate)로부터 고체를 분리한다. Many other forms of centrifuges are known for separating the heterogeneous mixture into components based on particular gravity. Generally, heterogeneous mixtures, which may also be referred to as injection materials or liquids, are injected into the rotating bowl of the centrifuge. The rotating bowl rotates at high speed and exerts a force on the constituents of this mixture, which have a high specific gravity and are thereby separated by precipitation. As a result, the dense solid is pressed like a cake firmly against the inner surface or inner wall of the bowl, and a defined liquid is formed radially inward from the cake. This bowl can rotate at a speed sufficient to produce a force 20,000 times greater than gravity, thereby separating the solid from the centrate.
고체가 보울의 벽을 따라 축적되기 때문에, 정해진 액체는 보울로부터 빠져나가고 "센트레이트"로서 분리기를 떠난다. 축적된 고체의 원하는 양이 결정되면, 분리기는 방출 모드에 놓이고 이 모드에서 고체는 분리기로부터 제거된다. 종종, 예를 들면, 내부 스크레이퍼(scraper)가 보울의 벽으로부터 고체를 벗겨내도록 이용된다. Because solids accumulate along the walls of the bowl, the set liquid exits the bowl and leaves the separator as "centrate." Once the desired amount of accumulated solid is determined, the separator is placed in the release mode in which the solid is removed from the separator. Often, for example, an internal scraper is used to peel off solids from the walls of the bowl.
특별한 종류의 고체 및 액체를 방출할 때, 종래의 분리기는 많은 단점을 갖는다. 예를 들면, 일정한 분리기는 끈적거리는 고체를 완전히 방출할 수 없고, 이는 열등한 수율을 초래할 수 있다. 열등한 수율은 의약품 프로세스에서 요구되는 것과 같은 고부가가치의 고체에 대해 특히 문제가 될 수 있다. 또한, 물질을 보울의 회전 속도로 가속시킬 때, 종래의 분리기는 주입 물질에 매우 높은 전단력이 미치게 하고, 이는 예를 들어 원형 셀(intact cells)과 같은 민감한 화학적 또는 생물학적 물질에 손상을 입힐 수 있다. When releasing special types of solids and liquids, conventional separators have many disadvantages. For example, certain separators cannot completely release sticky solids, which can lead to inferior yields. Inferior yields can be particularly problematic for high value added solids such as those required in pharmaceutical processes. In addition, when accelerating the material at the rotational speed of the bowl, conventional separators have a very high shear force on the injected material, which can damage sensitive chemical or biological materials such as, for example, intact cells. .
또한, 다른 분리기는 민감한 고체를 다루고 회수하는 편리한 수단을 제공하지 못한다. 예를 들면, 작동자는 고체 방출 및 회수를 모두 돕도록 공통적으로 이용된다. 이러한 작동 개입을 필요로 하는 분리기는 종종 오염 문제를 일으킬 수 있다. 또한, 일정한 분리기는 다수의 기계적 구성요소를 이용하여 고체 회수를 촉 진하고, 이는 분리기 내구도에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 구성요소는 일반적으로 분리기 외부에 있거나 또는 추가적인 장비의 행태를 가지고, 이는 크기 및 호환성의 문제를 모두 일으킬 수 있다. 또한, 종래의 분리기는 상당한 유지 비용의 증가 없이는 세정 또는 살균하기 어려운 경향이 있다. In addition, other separators do not provide a convenient means of handling and recovering sensitive solids. For example, operators are commonly used to aid in both solid release and recovery. Separators that require this operating intervention can often cause contamination problems. In addition, certain separators utilize a number of mechanical components to promote solid recovery, which can affect separator durability. These components are generally outside the separator or have additional equipment behavior, which can cause both size and compatibility issues. In addition, conventional separators tend to be difficult to clean or sterilize without a significant increase in maintenance costs.
끈적이는 축적을 초래하거나 또는 원심분리 동안 생성된 전단력에 대해 민감한 상기에서 설명된 형태의 고체에 효과적으로 이용될 수 있는 원심분리기를 갖는 것이 요구된다. 또한, 외부 오염 가능성 또는 추가적인 기계적 장비 없이 이러한 고체를 쉽게 회수할 수 있는 분리기를 갖는 것이 유용할 것이다. 또한, 이러한 분리기는 편리하게 그 자리에서 세정되거나 또는 살균될 수도 있다. It is desired to have a centrifuge that can be effectively used for the solids of the type described above that result in sticky buildup or are sensitive to the shear forces generated during centrifugation. It would also be useful to have a separator that can easily recover this solid without the possibility of external contamination or additional mechanical equipment. Such separators may also be conveniently cleaned or sterilized in place.
또한, 일반적인 교차 유동 미세여과 시스템은 주입 액체의 예비처리를 이용하고, 이에 의해 고체 농도가 충분히 문턱값 아래에 있게 하는 것을 보장하고, 이 문턱값에서 필터 멤브레인은 오염될 것이다. 백워싱(backwashing)은 프로세싱에서 지연을 일으키는 필터 멤브레인 상의 축적된 고체의 농도를 감소시키는데 종종 필요하다. 또한, 일정한 메커니즘은 잔류물 탱크로부터와 같이 축적된 고체를 추출하도록 제공되어야만 한다. 이러한 메커니즘은 잔류물의 비교적 상당한 양에 의해 적셔진 고체를 제거하는 결과를 초래한다. 미리 처리한 액체의 제공과 이러한 고체 제거 메커니즘은 프로세싱 시간, 복잡성, 그리고 비용을 증가시키는 결과를 초래하면서, 차선(suboptimal) 고체 건조 성능을 제공한다. In addition, a common cross-flow microfiltration system utilizes pretreatment of the injection liquid, thereby ensuring that the solid concentration is well below the threshold, at which threshold the filter membrane will be contaminated. Backwashing is often necessary to reduce the concentration of accumulated solids on the filter membrane causing a delay in processing. In addition, certain mechanisms must be provided to extract accumulated solids, such as from residue tanks. This mechanism results in the removal of solids wetted by a relatively significant amount of residue. The provision of pretreated liquids and this solid removal mechanism provide suboptimal solid drying performance, resulting in increased processing time, complexity and cost.
이전의 미세여과 시스템과 연관된 문제점을 완화하기 위해, 여기서 개시된 시스템은 미세여과 시스템과 함께 자동 피스톤 방출(APD) 원심분리기를 이용한다. 탁도 또는 밀도 측정에 의해 탐지되는 것처럼 잔류물에서 고체 농도가 문턱값(threshold)에 도달할 때, 잔류물은 매우 효과적인 분리가 일어나는 원심분리기로 향한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 투명한 여과액의 압력은 원심분리기를 이용하여 고체 제거를 위한 필요 그리고 고체 축적의 표시로서 모니터될 수 있다. 건조한 고체는 원심분리기의 고체 방출 사이클을 통해 제거되고 제거된 센트레이트는 부유된 고체를 위해 분석된다. 존재한다면, 센트레이트는 프로세스 경로로 되돌아간다. 그렇지 않다면, 투명한 센트레이트는 시스템으로부터 제거된다. To alleviate the problems associated with previous microfiltration systems, the system disclosed herein utilizes an automatic piston discharge (APD) centrifuge with a microfiltration system. When the solids concentration in the residue reaches a threshold, as detected by turbidity or density measurements, the residue is directed to a centrifuge where very effective separation occurs. Alternatively or additionally, the pressure of the clear filtrate can be monitored using a centrifuge as an indication of the solid accumulation and the need for solid removal. Dry solids are removed through the solid release cycle of the centrifuge and the removed centrates are analyzed for suspended solids. If present, the centrate returns to the process path. If not, the transparent centrate is removed from the system.
필터 멤브레인 상에서 고체가 쌓이는 것을 피하기 때문에, 미세필터를 통한 높은 처리량이 얻어진다. 원심분리기에 의해 제거되는 고체는 종래 기술의 방법과 비교할 때 훨씬 건조하다. 주입 흐름이 집중되기 때문에, 비교적 작은 원심분리기가 이용될 수 있다. 잔류물 고체 농도 위의 이러한 동적인 제어로, 큰 잔류물 탱크가 필요하지 않고, 또한 비용 절감에 기여한다. Since the accumulation of solids on the filter membrane is avoided, a high throughput through the microfilter is obtained. The solid removed by the centrifuge is much drier compared to the prior art methods. Since the injection flow is concentrated, relatively small centrifuges can be used. With this dynamic control over the residue solids concentration, no large residue tank is needed and also contribute to cost savings.
본 발명에 따르면, 시스템은 통합된 미세필터 및 원심분리기에 의해 고체 함유 부유물로부터 고체 및/또는 액체 구성요소를 분리 및 회수하기 위해 제공된다. 이 시스템은 미세여과 하위시스템 및 원심분리기 하위시스템을 포함한다. According to the invention, a system is provided for separating and recovering solid and / or liquid components from a solid containing suspension by means of integrated microfilters and centrifuges. This system includes a microfiltration subsystem and a centrifuge subsystem.
미세여과 하위시스템은 교차 유동 미세필터, 잔류물 탱크, 잔류물 펌프, 제 1 밸브 및 제 1 센서를 포함한다. 이 미세필터는 시스템으로 부유물의 유입을 위한 주입 입력부, 시스템으로부터 여과액을 우회시키기 위한 여과액 출력부, 및 잔류물 출력부를 갖는다. 잔류물 탱크는 미세필터의 잔류물 출력부로부터 주입된다. 잔류물 펌프는 잔류물 탱크의 출력부로부터 주입된다. 제 1 밸브는 잔류물 펌프의 출력부에 유동적으로 연결된다. 제 1 센서는 잔류물에서 고체 농도를 감지하고 제 1 밸브를 제어한다. 제 1 미리 설정된 고체 농도 아래에서, 제 1 밸브는 이 잔류물을 미세필터의 주입 입력부로 되돌린다. 제 1 미리 설정된 고체 농도 위에서, 제 1 밸브는 이 잔류물을 원심분리기 하위시스템으로 우회시킨다. The microfiltration subsystem includes a cross flow microfilter, a residue tank, a residue pump, a first valve and a first sensor. The microfilter has an injection input for the inflow of suspended solids into the system, a filtrate output for bypassing the filtrate from the system, and a residue output. The residue tank is injected from the residue output of the microfilter. The residue pump is injected from the output of the residue tank. The first valve is fluidly connected to the output of the residue pump. The first sensor senses the solid concentration in the residue and controls the first valve. Below the first preset solid concentration, the first valve returns this residue to the injection input of the microfilter. Above the first preset solid concentration, the first valve diverts this residue to the centrifuge subsystem.
원심분리기 하위시스템은 주입 입력부를 갖는 자동 피스톤 방출 원심분리기, 이 시스템으로부터 고체를 우회시키기 위한 고체 방출 출력부, 및 센트레이트 출력부를 포함한다. 원심분리기 하위시스템은 또한 센트레이트 출력부에 유동적으로 연결된 제 2 밸브와 제 2 밸브를 제어하고 센트레이트 출력부에서 고체 농도를 감지할 수 있는 제 2 센서를 추가로 포함한다. 제 2 미리 설정된 고체 농도 위에서, 제 2 밸브는 센트레이트를 잔류물 탱크로 되돌린다. 제 2 미리 설정된 고체 농도 아래에서, 제 2 밸브는 센트레이트를 시스템으로부터 우회시킨다. The centrifuge subsystem includes an automatic piston discharge centrifuge with an injection input, a solid discharge output for bypassing solids from the system, and a centrate output. The centrifuge subsystem also includes a second valve fluidly connected to the centrate output and a second sensor capable of controlling the second valve and sensing solid concentration at the centrate output. Above the second preset solid concentration, the second valve returns the centrate back to the residue tank. Below the second preset solid concentration, the second valve bypasses the centrate from the system.
본 발명의 다른 태양은 통합된 미세여과 및 원심분리에 의해 고체 함유 부유물로부터 액체 구성요소 또는 고체 구성요소를 회수하는 방법이다. 이 방법은 상기 설명된 미세여과 하위시스템 및 원심분리 하위시스템을 포함하는 시스템을 제공하는 단계, 고체 함유 부유물을 잔류물 탱크에 첨가하는 단계, 잔류물 펌프로 미세필터를 통해 이 부유물을 펌프하는 단계, 제 1 센서로 잔류물의 고체 밀도를 감지하는 단계, 제 2 센서로 센트레이트의 고체 농도를 감지하는 단계, 미세필터로부터 여과액을 수집하는 단계, 원심분리기로부터 센트레이트를 수집하는 단계, 및 원심분리기로부터 고체를 수집하는 단계를 포함한다. 잔류물의 고체 농도가 제 1 미리 설정된 고체 농도 아래에 있다면, 제 1 밸브는 잔류물을 미세필터의 주입 입력부로 되돌리도록 조정된다. 잔류물의 고체 농도가 제 1 미리 설정된 고체 농도 위에 있다면, 제 1 밸브는 이 잔류물을 원심분리 하위시스템으로 우회시키도록 조정된다. 센트레이트의 고체 농도가 제 2 미리 설정된 고체 농도보다 위에 있다면, 제 2 밸브는 센트레이트를 잔류물 탱크로 되돌린다. 센트레이트의 고체 농도가 제 2 미리 실정된 고체 농도보다 아래에 있다면, 제 2 밸브는 수집을 위해 센트레이트를 우회시키도록 조정된다. Another aspect of the invention is a method for recovering a liquid component or solid component from a solid containing suspension by integrated microfiltration and centrifugation. The method comprises the steps of providing a system comprising the microfiltration subsystem and the centrifugation subsystem described above, adding solids containing suspended solids to the residue tank, pumping the suspended solids through a microfilter with a residue pump. Detecting the solid density of the residue with a first sensor, detecting the solid concentration of the centrate with a second sensor, collecting the filtrate from the microfilter, collecting the centrate from the centrifuge, and centrifugation Collecting solids from the separator. If the solids concentration of the residue is below the first preset solids concentration, the first valve is adjusted to return the residue to the injection input of the microfilter. If the solids concentration of the residue is above the first preset solids concentration, the first valve is adjusted to divert the residue to the centrifugation subsystem. If the solid concentration of the centrate is above the second preset solid concentration, the second valve returns the centrate to the residue tank. If the solid concentration of the centrate is below the second predetermined solid concentration, the second valve is adjusted to bypass the centrate for collection.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 보울, 고체 방출 어셈블리, 미세필터, 다이어프램, 및 고체 방출 밸브를 포함하는 자동 피스톤 방출 원심분리기를 제공한다. 실린더 형태의 보울은 개구를 구비한 하단부를 가지며 주입 액체로부터 고체를 분리하기 위해 고속으로 회전하도록 작동의 주입 모드 동안 작동하고, 고체는 보울의 내부면을 따라 축적된다. 고체 방출 어셈블리는 보울의 내부면에 대해 이동 가능하게 배치된 실린더 형태의 외부 피스톤, 보울의 축을 따라 연장하는 샤프트의 단부에 배치된 내부 피스톤을 포함한다. 내부 피스톤은 거의 실린더 형태의 부분과 거의 원뿔 형태의 부분을 갖는다. 미세필터는 보울의 축 주위로 실린더 형태로 배치되고 보울의 내부면 및 미세필터의 외부면 사이의 외부 갭에서 고체를 보유한다. 미세필터는 여과된 센트레이트가 미세필터의 내부면에 인접한 내부 갭을 통해 보울을 빠져나가는 것을 가능하게 한다. 미세필터의 외부 지름은 외부 피스톤의 내부 지름보다 작다. 다이어프램은 보울의 축 주위로 실린더 형태로 배치되고 내부 갭에 인접한다. In yet another embodiment, the present invention provides an automatic piston discharge centrifuge that includes a bowl, a solid discharge assembly, a microfilter, a diaphragm, and a solid discharge valve. The cylindrical bowl has a lower end with an opening and operates during the injection mode of operation to rotate at high speed to separate the solid from the injection liquid, and solids accumulate along the inner surface of the bowl. The solid release assembly includes an outer piston in the form of a cylinder movably disposed relative to the inner surface of the bowl, and an inner piston disposed at the end of the shaft extending along the axis of the bowl. The inner piston has an almost cylindrical portion and an almost conical portion. The microfilter is disposed cylindrically around the axis of the bowl and retains solids in the outer gap between the inner surface of the bowl and the outer surface of the microfilter. The microfilter allows the filtered centrate to exit the bowl through an inner gap adjacent the inner surface of the microfilter. The outer diameter of the microfilter is smaller than the inner diameter of the outer piston. The diaphragm is disposed in the form of a cylinder around the axis of the bowl and adjacent the inner gap.
또한, 본 발명에 따르면, 원심분리가 개시되고, 이 원심분리기는 끈적한 고체로 잘 수행하고 주입 물질의 낮은-전단 가속(low-shear accelaration)을 나타낸다. 이 분리기는 화학적 또는 생물학적 물질과 같은 민감한 고체에 대해 특히 유용할 수 있다. 본 발명의 분리기는 작동자 개입 또는 추가적인 기계적 장비 없이 민감한 고체, 액체, 물질 또는 이의 조합을 회수할 수 있다. 또한, 이 분리기는 쉽게 그 자리에서 세정되거나 또는 살균될 수 있다. In addition, according to the present invention, centrifugation is disclosed, which performs well with sticky solids and exhibits low-shear accelaration of the injection material. This separator may be particularly useful for sensitive solids such as chemical or biological materials. The separator of the present invention can recover sensitive solids, liquids, materials or combinations thereof without operator intervention or additional mechanical equipment. In addition, the separator can be easily cleaned in place or sterilized.
이 분리기는 개구를 구비한 원뿔형 하단부를 갖는 실린더 형태의 보울을 포함할 수 있고, 이 개구를 통해 주입 물질 또는 액체가 작동의 주입 모드 동안 주입된다. 보울이 고속으로 스핀 또는 회전할 때, 주입된 주입 액체는 보울의 원뿔형 하단부의 경사진 표면과 만난다. 액체가 방사상으로 외부로 그 이동을 계속함에 따라 회전 가속력은 비교적 점진적으로 전달된다. 이후 고체는 주입 액체로부터 분리되고 예를 들면 케이크와 같이 보울의 내부면을 따라 축적된다. The separator may comprise a cylindrical bowl having a conical bottom with openings through which the injection material or liquid is injected during the injection mode of operation. When the bowl spins or rotates at high speed, the injected injection liquid meets the sloped surface of the conical bottom of the bowl. As the liquid continues its movement radially outward, the rotational acceleration force is transferred relatively gradually. The solid is then separated from the injection liquid and accumulates along the inner surface of the bowl, for example as a cake.
또한, 분리기는 내부면과 꼭 맞도록 보울 내부에 배치된 피스톤 어셈블리를 포함할 수 있다. 피스톤은 상부 피스톤 및 하부 원뿔형부를 특징으로 하고, 이 상부 피스톤 및 하부 원뿔형부는 분리기 작동의 서로 다른 모드 동안 공압 또는 유압에 의해 접촉된다. 예를 들면, 고체 방출 모드에서, 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체는 피스톤의 상부에 대해 작용하고 이를 축방향으로 아래 방향으로 추진하며, 이에 의해 원뿔형 하단부의 개구를 통해 보울로부터 축적된 고체에 힘을 가한다. 피스톤을 이동시키기 위한 압축 가스의 예시적 형태는 질소 및 아르곤을 포함한다. 유사하게, 보울에서 피스톤을 이동시키기 위한 예시적 유압액은 증류수를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 보울의 하단부와 피스톤의 하부는 상보적인 형태를 가지고, 이에 의해 고체의 비교적 완전한 방출을 향상시킨다. 예를 들면, 보울의 하단부 및 피스톤의 하단부는 거의 절두원뿔형(frustoconical)의 형태의 특징을 가질 수 있다. The separator may also include a piston assembly disposed inside the bowl to fit snugly with the inner surface. The piston features an upper piston and a lower conical portion, which are contacted by pneumatic or hydraulic pressure during different modes of separator operation. For example, in solid discharge mode, fluids such as compressed gas or hydraulic fluid act on the top of the piston and push it downward in an axial direction, thereby forcing the solid accumulated from the bowl through the opening of the conical bottom. Add. Exemplary forms of compressed gas for moving the piston include nitrogen and argon. Similarly, an exemplary hydraulic fluid for moving the piston in the bowl may include distilled water. In one embodiment, the bottom of the bowl and the bottom of the piston have a complementary configuration, thereby improving the relatively complete release of the solid. For example, the bottom of the bowl and the bottom of the piston may be characterized in the form of a nearly frustoconical shape.
본 발명의 분리기에 있어서, 피스톤은 보울의 벽 또는 내부벽 및 하나 이상의 피스톤 시일 사이의 마찰력뿐만 아니라 주입 액체로부터의 유압에 의해 작동의 주입 모드 동안 최상부 위치에서 유지될 수 있다. 이러한 시일은 보울의 내부면에 인접하여 피스톤 주위로 배치될 수 있다. 피스톤은 주입 모드 동안 개방된 채로 추진될 수 있는 센트레이트 밸브를 포함하고, 이에 의해 고체가 분리된 이후 주입 액체가 정해진 액체로서 보울의 밖으로 그리고 센트레이트 배출구 포트로 유도되는 통로를 갖는 센트레이트 케이스로 유동되는 것을 가능하게 한다. 피스톤이 고체 방출 동안 상부에 대해 작용하는 유체에 의해 아래 방향으로 추진될 때 센트레이트 밸브는 자동적으로 닫히고 이에 의해 센트레이트 케이스로 축적된 고체가 통과한느 것을 막는다. In the separator of the invention, the piston can be maintained in the top position during the injection mode of operation by the hydraulic force from the injection liquid as well as the friction force between the wall or inner wall of the bowl and the one or more piston seals. Such a seal may be disposed around the piston adjacent the inner surface of the bowl. The piston includes a centrate valve that can be pushed open during the injection mode, whereby the solid is separated into a centrate case having a passageway leading out of the bowl as a defined liquid and into the centrate outlet port after the solids have been separated. Makes it possible to flow. When the piston is pushed downward by the fluid acting on the top during solid discharge, the centrate valve automatically closes, thereby preventing the accumulated solid from passing through to the centrate case.
피스톤이 최상부 위치에서 유지된 채, 주입 액체로부터 고체의 고속 분리가 수행될 때 보울을 회전시키는 것이 허용된다. 주입 모드 및 고체 분리 동안, 정해진 액체가 보울을 빠져나가고 센트레이트 케이스로 들어간다. 또한, 센트레이트 케이스는 분리 밸브를 포함하고, 이 분리 밸브는 공압 또는 유압에 의해 개방 또는 닫히도록 추진될 수 있다. 예를 들면, 분리 밸브는 주입 모드에서 개방되고 이에 의해 정해진 액체가 센트레이트 배출구 포트 및 개방된 센트레이트 배출구 포트 밸브를 통해 유동하는 것을 가능하게 하며 이로써 센트레이트로서 분리기를 빠져나간다. 주입 모드가 끝날 때, 주입 액체로부터의 유압이 감소되고, 이에 의해 피스톤은 보울 내부체 축적된 고체뿐만 아니라 보울의 내벽과 하나 이상의 피스톤 시일 사이의 마찰력에 의해 거의 그 최상부 위치에서 유지된다. 작동의 주입 모드가 완료될 때, 보울은 회전을 멈추고, 분리기의 잔여 또는 잔존 액체는 원뿔형 하단부의 개구를 통해 중력에 의해 유동한다. With the piston held in the top position, it is allowed to rotate the bowl when a high speed separation of solids from the injection liquid is performed. During the injection mode and solid separation, a predetermined liquid exits the bowl and enters the centrate case. The centrifugal case also includes a separation valve, which can be pushed open or closed by pneumatic or hydraulic pressure. For example, the separation valve opens in the infusion mode, thereby enabling liquid to flow through the centrifugal outlet port and the open centrate outlet port valve, thereby exiting the separator as a centrate. At the end of the injection mode, the hydraulic pressure from the injection liquid is reduced, whereby the piston is maintained almost at its top position by frictional forces between the bowl inner body accumulated solids as well as the inner wall of the bowl and one or more piston seals. When the injection mode of operation is complete, the bowl stops rotating, and residual or residual liquid in the separator flows by gravity through the opening of the conical bottom end.
또한, 잔여물 우회 밸브가 보울의 원뿔형 하단부의 개구에 있을 때, 분리기는 회전 가능한 잔여물 우회 밸브 아래에 이동 가능하게 위치한 고체 우회 밸브를 포함하는 우회 어셈블리를 특징으로 할 수 있다. 잔여물 액체가 보울로부터 배수될 때, 잔여물 우회 밸브가 닫힌 위치에 있고 이에 의해 액체가 보울로부터 잔여물 액체 배수 통로로 유동하는 것을 가능하게 한다. 액체 배수 통로를 배수 포트로 유도하고, 이 경우 잔여물 액체가 분리기를 빠져나간다. 예를 들면, 잔여물 액체가 분리기 보울로부터 거의 배수된 이후 작동의 고체 방출 모드가 시작할 수 있다. In addition, when the residue bypass valve is in the opening of the conical bottom of the bowl, the separator may be characterized by a bypass assembly including a solid bypass valve movably positioned below the rotatable residue bypass valve. When the residue liquid is drained from the bowl, the residue bypass valve is in the closed position thereby enabling liquid to flow from the bowl into the residue liquid drain passage. Guide the liquid drain passage to the drain port, in which case the residue liquid exits the separator. For example, the solid release mode of operation may begin after the residue liquid has been drained almost from the separator bowl.
고체 방출 모드에서, 잔여물 우회 밸브 액츄에이터는 잔여물 우회 밸브를 개방 위치로 회전시키고, 이에 의해 고체 우회 피스톤에 의해 고체 우회 밸브가 보울의 개구와 소통하도록 윗 방향으로 추진될 수 있다. 이후 센트레이트 배출구 포트가 닫히고 우회 어셈블리를 위한 고체 배출구 포트 밸브가 개방된다. 또한, 분리 밸브는 분리 밸브와 연관된 환형 부재에 대해 작용하는 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 닫히도록 추진되고, 이 분리 밸브는 그 구동 및 이동을 제어한다. 또한, 상기에서 설명된 것처럼, 이 피스톤은 그 상부에 대해 작용하는 유체에 의해 고체 방출 동안 수직축을 따라 아래 방향으로 추진된다. 이후 피스톤은 보울로부터 고체 통로로 축적된 고체를 푸쉬하거나 또는 "펌프"하고, 이 고체 통로는 개방 고체 배출구 포트 밸브를 특징으로 하는 고체 배출구 포트로 유도한다. In solid discharge mode, the residue bypass valve actuator rotates the residue bypass valve to an open position, whereby the solid bypass piston can be pushed upwards to communicate with the opening of the bowl. The central outlet port is then closed and the solid outlet port valve for the bypass assembly is opened. In addition, the separation valve is propelled to close by a fluid such as a compressed gas or hydraulic fluid acting on the annular member associated with the separation valve, which controls its drive and movement. Also, as explained above, this piston is pushed downward along the vertical axis during solid discharge by the fluid acting on its top. The piston then pushes or “pumps” the solid accumulated from the bowl into the solid passageway, which leads to a solid outlet port characterized by an open solid outlet port valve.
일 실시예에서, 분리기를 위한 고체 방출 어셈블리는 보울의 내부면에 대해 이동 가능하게 배치된 피스톤을 특징으로 한다. 이 피스톤은 상부 및 하부를 포함할 수 있다. 또한, 고체 방출 어셈블리는 피스톤의 상부 위에서 보울로 유체를 유입하도록 작동하는 구동 포트를 특징으로 할 수 있다. 피스톤의 상부 위에서 보울의 유체 압력이 피스톤의 하부 아래의 유체 압력에 대해 증가될 때, 피스톤은 보울 내부에서 이동한다. 예를 들면, 고체 방출 동안, 피스톤의 상부 위에서 보울로의 유체의 유입은 축방향으로 아래 방향으로 피스톤을 이동시킬 수 있다. 바람직하게, 피스톤은 보울에 대해 축방향으로 아래 방향으로 추진된다. 상기에서 설명된 것처럼, 작동의 고체 방출 모드 동안, 그 상부 위에서 보울로 유체의 유입은 피스톤이 보울의 내부면을 따라 축적된 고체를 푸쉬하게 한다. In one embodiment, the solid release assembly for the separator features a piston movably disposed relative to the inner surface of the bowl. This piston may comprise a top and a bottom. The solid release assembly may also feature a drive port that operates to introduce fluid into the bowl above the top of the piston. When the fluid pressure of the bowl above the top of the piston is increased relative to the fluid pressure below the bottom of the piston, the piston moves inside the bowl. For example, during solid discharge, the inflow of fluid into the bowl above the top of the piston may move the piston in the axial direction downwards. Preferably, the piston is pushed downward in the axial direction with respect to the bowl. As described above, during the solid release mode of operation, the inflow of fluid into the bowl above its top causes the piston to push accumulated solids along the inner surface of the bowl.
또한, 고체 방출 어셈블리는 피스톤의 하부 아래에서 보울로 유체를 유입시키도록 작동하는 포트를 포함할 수 있다. 피스톤의 하부 아래에서 보울의 유체 압력은 피스톤의 상부 위에서의 유체 압력에 대해 증가할 때, 피스톤은 보울 내부에서 이동한다. 예를 들면, 피스톤의 하부 아래에서 보울로의 유체의 유입은 피스톤이 보울의 상단부를 향해 이동하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 또한 분리기는 상단부 영역의 밸브를 포함하고, 이는 피스톤의 상부 위에서 보울의 가압을 가능하게 하도록 작동 가능하다. 이러한 밸브는 작동 가능하게 연관된 환형 부재에 대해 가해진 유체 압력에 반응하여 구동될 수 있다. The solid release assembly may also include a port operative to introduce fluid into the bowl below the bottom of the piston. When the fluid pressure of the bowl below the bottom of the piston increases with respect to the fluid pressure above the top of the piston, the piston moves inside the bowl. For example, the inflow of fluid into the bowl below the bottom of the piston may enable the piston to move toward the top of the bowl. In another embodiment, the separator also includes a valve in the upper region, which is operable to enable pressurization of the bowl over the top of the piston. Such a valve can be actuated in response to a fluid pressure applied against an operatively associated annular member.
다른 실시예에서, 본 발명의 분리기는 개구를 구비한 하단부를 갖는 실린더 형태의 보울을 포함할 수 있다. 작동의 주입 모드 동안, 보울은 주입 액체로부터 고체를 분리하기 위해 고속으로 회전하도록 작동된다. 상기에서 설명된 것처럼, 고체는 보울의 내부면을 따라 축적된다. 또한, 분리기는 고체 방출 어셈블리 및 제 1 밸브 부재를 특징으로 할 수 있고, 이 제 1 밸브 부재는 배수 통로를 형성한다. 제 1 밸브 부재가 닫힌 위치에 있을 때 배수 통로는 보울의 개구로부터 액체가 배수되는 것을 가능하게 하도록 작동된다. 바람직하게, 배수 통로와 보울의 개구는 보울로부터 통로로 중력에 의해 액체가 배수되는 것을 가능하게 하도록 구성 가능하다. In another embodiment, the separator of the present invention may comprise a bowl in the form of a cylinder having a lower end with an opening. During the injection mode of operation, the bowl is operated to rotate at high speed to separate solids from the injection liquid. As explained above, solids accumulate along the inner surface of the bowl. The separator can also be characterized by a solid discharge assembly and a first valve member, the first valve member forming a drain passage. When the first valve member is in the closed position, the drain passage is activated to enable liquid to be drained from the opening of the bowl. Preferably, the drain passage and the opening of the bowl are configurable to enable liquid to drain by gravity from the bowl to the passage.
또한, 제 1 밸브 부재는 주입 통로를 형성할 수 있고, 이 주입 통로는 작동의 주입 모드 동안 보울의 개구에 인접하여 있고 이와 함께 상호작용한다. 주입 통로는 보울로 주입 액체가 보울로 주입되는 것을 가능하게 한다. 또한, 제 1 밸브 부재는 회전축 주위로 이 부재를 회전시키기 위해 밸브 액츄에이터에 대해 작동적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 분리기는, 제 1 밸브 부재가 닫힌 위치에 있을 때 제 1 밸브 부재의 하부면과 상호작용하는 제 2 밸브 부재를 포함할 수도 있다. 또한, 분리기는 최상단부를 갖는 밸브 피스톤을 특징으로 할 수 있고, 이 최상단부에서 제 2 밸브 부재는 인접하게 배치된다. 밸브 피스톤은 보울에 대해 제 2 밸브 부재를 이동시키도록 작동될 수 있다. 예를 들면, 고체 방출 동안, 밸브 피스톤은 수직축을 따라 윗 방향으로 제 2 밸브 부재를 이동시킬 수 있고, 이에 의해 보울의 개구와 상호작용한다. 유사하게, 작동의 주입 모드 동안, 제 1 밸브 부재는 닫힌 위치에 있고 주입 통로를 형성하며, 상기에서 설명한 것처럼 이 주입 통로는 보울의 개구와 상호작용할 수 있고, 이에 의해 주입 액체가 그 내부로 주입되는 것을 가능하게 한다. The first valve member may also form an injection passage, which is adjacent to and interacts with the opening of the bowl during the injection mode of operation. The injection passage allows the injection liquid to be injected into the bowl. The first valve member may also be operatively coupled to the valve actuator to rotate the member about the axis of rotation. In one embodiment, the separator may include a second valve member that interacts with the bottom surface of the first valve member when the first valve member is in the closed position. The separator may also be characterized by a valve piston having a top end, at which the second valve member is disposed adjacent. The valve piston can be operated to move the second valve member relative to the bowl. For example, during solid discharge, the valve piston can move the second valve member upward along the vertical axis, thereby interacting with the opening of the bowl. Similarly, during the injection mode of operation, the first valve member is in a closed position and forms an injection passage, which, as described above, can interact with the opening of the bowl, whereby injection liquid is injected into it. Makes it possible to become
일 실시예에서, 본 발명의 분리기는 밸브 피스톤 내부에 부분적으로 배치된 제 1 통로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 통로는 밸브 피스톤의 최상단부에서 제 2 밸브 부재와 상호작용할 수 있다. 또한, 제 1 통로와 분리기 보울의 개구는, 보울로부터의 고체가 고체 방출 동안 제 1 통로를 통과하는 것을 가능하게 하는 구성을 가질 수 있다. 또한, 제 1 통로는 제 2 통로와 상호 작용하고, 이 제 2 통로는 밸브 피스톤에 부분적으로 배치되며, 이에 의해 제 2 통로를 위한 포트를 통해 유입된 액체가 제 1 통로로 들어갈 수 있고, 이로써 그 내부의 고체와 접촉한다. 바람직하게, 제 1 통로의 밸브 부재가 개방될 때 제 2 통로를 위한 포트를 통래 유입된 유체는 제 1 통로로 들어가서 그 내부의 고체와 접촉한다. 또한, 분리기의 밸브 피스톤은 그 주위로 배치된 환형 플랜지를 특징으로 할 수 있고, 이에 의해 밸브 피스톤은 환형 플랜지에 대해 가해진 유체 압력에 반응하여 이동한다. In one embodiment, the separator of the present invention may include a first passageway partially disposed within the valve piston. For example, the first passageway can interact with the second valve member at the top of the valve piston. In addition, the opening of the first passageway and the separator bowl may have a configuration that allows solids from the bowl to pass through the first passageway during solid release. In addition, the first passageway interacts with the second passageway, the second passageway being partly disposed in the valve piston, whereby liquid introduced through the port for the second passageway can enter the first passageway, whereby Contact with the solids inside it. Preferably, when the valve member of the first passage is opened, the fluid generally introduced through the port for the second passage enters the first passage and contacts the solid therein. In addition, the valve piston of the separator may be characterized by an annular flange disposed around it, whereby the valve piston moves in response to the fluid pressure applied to the annular flange.
일 실시예에서, 분리기는 밸브 피스톤 내부에 부분적으로 배치된 제 1 통로를 포함한다. 제 1 통로는 예를 들면 밸브 피스톤의 최상단부에서 제 2 밸브 부재와 그리고 밸브 피스톤 내부에 부분적으로 배치된 제 2 통로와 상호 작용할 수 있다. 바람직하게, 제 1 통로의 밸브 부재가 닫힐 때, 제 2 통로를 위한 포트를 통해 유입된 유체는 피스톤의 하부 아래에서 보울로 들어간다. 포트를 통해 유입된 유체는 상부 위에서의 유체 압력에 대해 피스톤의 하부 아래에서 보울의 유체 압력을 증가시키고, 이에 의해 피스톤이 보울의 상단부를 향해 이동하게 한다. In one embodiment, the separator includes a first passageway partially disposed inside the valve piston. The first passage may interact with, for example, the second valve member at the top of the valve piston and the second passage partially disposed within the valve piston. Preferably, when the valve member of the first passage is closed, the fluid introduced through the port for the second passage enters the bowl below the bottom of the piston. Fluid introduced through the port increases the fluid pressure of the bowl below the bottom of the piston relative to the fluid pressure above the top, thereby causing the piston to move toward the top of the bowl.
또한, 본 발명은 원심분리기로부터 고체를 방출시키기 위한 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 이 방법은 상기에서 설명된 분리기 및/또는 고체 방출 어셈블리를 제공하는 단계와 구동 포트를 통해 유체를 유입시키는 단계를 포함하고, 이러한 유체의 유입에 의해 피스톤의 상부 위에서 보울의 유체 압력을 그 하부 아래의 유체 압력보다 증가시킴으로써 피스톤이 보울 내부에서 움직이게 한다. 또한, 이 방법은 보울의 내부면을 따라 축적된 고체를 방출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 추가적으로, 이 방법은 보울의 고속 회전에 의해 고체 분리를 위해 보울로 주입 액체를 주입하는 단계를 특징으로 한다. 바람직하게, 주입 액체는 구동 포트를 통해 유체를 유입시키기 이전에 보울로 주입된다. 또한, 본 발명의 방법은 거의 최상부 위치로 피스톤을 되돌리는 단계를 포함한다. 피스톤은 피스톤의 하부 아래에서 보울로 유체를 유입시킴에 의해 거의 그 최상부 위치로 되돌릴 수 있고, 이에 의해 그 상부 위에서의 유체 압력에 대해 피스톤의 하부 아래에서의 보울의 유체 압력을 증가시킨다. 보울의 내부면을 따라 축적된 고체를 방출한 이후, 피스톤은 거의 그 최상부 위치로 되돌아가는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 특별한 순서 또는 방식으로 상기 방법을 수행하는 것도 예상하고 있다. The present invention also provides a method for releasing solids from a centrifuge. In one embodiment, the method includes providing a separator and / or solid discharge assembly as described above and introducing a fluid through a drive port, wherein the fluid in the bowl is over the top of the piston by the inflow of such fluid. Increasing the pressure above the fluid pressure below its bottom causes the piston to move inside the bowl. In addition, the method may further comprise the step of releasing the accumulated solid along the inner surface of the bowl. Additionally, the method features the step of injecting injection liquid into the bowl for solid separation by high speed rotation of the bowl. Preferably, the injection liquid is injected into the bowl prior to introducing the fluid through the drive port. The method also includes returning the piston to the near top position. The piston can be returned to its nearly top position by introducing fluid into the bowl below the bottom of the piston, thereby increasing the fluid pressure of the bowl below the bottom of the piston relative to the fluid pressure above that top. After releasing the accumulated solid along the inner surface of the bowl, the piston is preferably returned to its topmost position. The present invention also contemplates carrying out the method in a particular order or manner.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 분명하게 나타날 것이다. Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description of the invention in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 원심분리기 실시예의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a centrifuge embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 원심분리기 실시예의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a centrifuge embodiment according to the present invention.
도 3은 레이저 센서 어셈블리의 특징을 나타내는 도 2의 원심분리기의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of the centrifuge of FIG. 2 showing features of the laser sensor assembly.
도 4는 주입 모드의 작동을 나타내는 도 1의 원심분리기의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of the centrifuge of FIG. 1 showing operation in the injection mode.
도 5는 주입 모드의 작동을 나타내는 도 1의 원심분리기의 피스톤 및 보울(bowl)을 포함하는 상세 단면도이다. FIG. 5 is a detailed cross-sectional view including the piston and bowl of the centrifuge of FIG. 1 showing operation in the injection mode. FIG.
도 6은 잔여 액체가 보울로부터 배수될 때 작동을 도시하는 도 1의 원심분리기의 단면도이다. 6 is a cross-sectional view of the centrifuge of FIG. 1 showing operation when residual liquid is drained from the bowl.
도 7은 고체 방출 모드에서의 작동을 도시하는 도 1의 원심분리기의 단면도이다. 7 is a cross-sectional view of the centrifuge of FIG. 1 showing operation in the solid release mode.
도 8은 피스톤이 거의 그 최상부 위치로 돌아올 때 고체 방출 모드 이후의 작동을 도시하는 도 1의 원심분리기의 단면도이다. 8 is a cross-sectional view of the centrifuge of FIG. 1 showing operation after the solid release mode when the piston is returned to its nearly top position.
도 9는 고체 통로가 세정되었을 때 도 1의 원심분리기의 하단부 영역의 상세 단면도이다. 9 is a detailed cross-sectional view of the bottom region of the centrifuge of FIG. 1 when the solid passage is cleaned.
도 10은 주입 모드에서 도 1의 원심분리기의 상부의 상세 단면도이다. 10 is a detailed cross-sectional view of the top of the centrifuge of FIG. 1 in injection mode.
도 11은 고체 방출 모드에서 도 1의 원심분리기의 상단부의 상세 단면도이 다. FIG. 11 is a detailed cross-sectional view of the top of the centrifuge of FIG. 1 in the solid release mode.
도 12는 본 발명에 따른 통합된 미세여과 및 원심분리를 위한 시스템의 실시예를 도시한다. 12 shows an embodiment of a system for integrated microfiltration and centrifugation in accordance with the present invention.
도 13은 본 발명에 따른 원심분리기 실시예의 단면도이다. 이 실시예는 주위 외부 피스톤 및 내부 피스톤을 가지고 또한 미세여과 멤브레인 및 다이어프램(diaphragm)을 갖는다. 13 is a cross-sectional view of a centrifuge embodiment according to the present invention. This embodiment has a peripheral outer piston and an inner piston and also has a microfiltration membrane and a diaphragm.
도 14는 주입 모드에서 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도이다. 14 is a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 in an injection mode.
도 15는 방출 모드에서 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도이다. 15 is a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 in a release mode.
도 16은 방출 모드에서 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도이다. 16 is a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 in a release mode.
도 17은 수축 모드에서 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도이다. 17 is a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 in a retracted mode.
도 18은 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도를 도시하고, 미세여과 멤브레인에 걸친 고체의 통과를 도시한다. FIG. 18 shows a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 and shows the passage of solids across the microfiltration membrane.
도 19는 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도를 도시하고, 미세여과 멤브레인에 걸친 고체의 통과를 도시한다. FIG. 19 shows a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 and shows the passage of solids across the microfiltration membrane.
도 20은 도 13의 원심분리기 실시예의 단면도를 도시하고, 미세여과 멤브레인에 걸친 고체의 통과를 도시한다. FIG. 20 shows a cross-sectional view of the centrifuge embodiment of FIG. 13 and shows the passage of solids across the microfiltration membrane.
도 1은 수직 단면으로 원심분리기를 도시하고, 이 경우 중간부는 제거되어 수평 단면도 잘 도시한다. 원심분리기는 분리기 하우징(13)의 중앙 영역(11)에 장 착된 실린더 형태의 분리기 보울(10)을 포함한다. 바람직하게, 분리기 보울은 그 지름보다 긴 길이를 가질 수 있다. 그 지름보다 긴 보울의 길이를 가짐에 의해, 보울에서의 "단부 효과(end effects)"가 보울의 내부 부피에 대해 최소화될 수 있다. 일반적으로, 단부 효과는 보울의 내부에서 특히 그 단부 근처에서 각진 부분을 따라 유체 소용돌이(fluid eddies)에 의해 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 분리기 보울(10)은 비교적 작은 지름(D) 및 길이(L)를 갖는 실린더 형태의 보울일 수 있고, 이에 의해 L/D의 비는 약 5/1 또는 그 초과이다. 이러한 L/D의 비는 축방향 웨이브가 보울 내부에서 진행해 나가는 것을 막고, 웨이브는 보울의 길이를 이동함에 따라 거의 사라진다. 약 5/1 또는 그 초과의 L/D 비를 이용함에 의해, 본 발명의 분리기는 보울 내에서 종래의 분리기에서 축방향 웨이브를 최소화하기 위해 이용되는 방해물(baffles)에 대한 필요를 없앨 수 있다. Figure 1 shows the centrifuge in a vertical cross section, in which case the middle part is removed to show a good horizontal cross section. The centrifuge includes a
또한, 도 1에서 분리기는 피스톤(12)을 포함하는 피스톤 어셈블리를 포함한다. 도시된 것처럼, 피스톤(12)은 하단 원뿔형부를 가질 수 있고, 이는 보울(10)의 원뿔 하단부(17)의 형태와 맞는다. 원뿔 하단부(17)는 분리기의 작동의 주입 모드 동안 주입 액체의 회전 가속기로서 작용한다. 또한, 상부(19)에서, 분리기는 공압식 또는 유압식 압력에 의해 개방 또는 닫히는 분리 밸브(26)를 갖는 센트레이트 케이스(centrate case; 30)를 특징으로 할 수 있다. In addition, the separator in FIG. 1 includes a piston assembly comprising a
또한, 변속 구동 모터(16)는 구동 벨트(5)에 의해 분리기 하우징(13)에 대해 상단부의 칼라와 같은 확장부(22)에 위치한 스핀들 어셈블리(spindle assembly; 23) 및 장착된 베어링의 구동 풀리(drive pulley; 18)로 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 분리기는 다른 종래의 모터 및 구동 시스템을 이용하여 작동될 수도 있다. 바람직하게, 베어링 및 스핀들 어셈블리(23)는 반구형부(1)와 짧은 실린더 형태의 스핀들부(20)를 포함할 수 있고, 다른 적절한 어셈블리 구성은 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 반구형부는 상부 반구형부 및 하부 반구형부를 포함한다. 선택적으로, 반구형부(1)는 하나 이상의 시트(seat)의 일치 표면(mating surface)에 대해 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 1은 반구형부(1)의 상부 및 하부 반구형부와 각각 압축력 접촉(compressive contact)하는 시트(24, 25)를 도시한다. 본 발명의 분리기에서 이용될 수 있는 예시적인 반구형부는 여기서 참조로 인용된 미국 특허출원 제 10/874,150호에 의해 설명된다. In addition, the variable
예시적인 시트(24, 25)는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 또는 테플론계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 물질과 같은 저마찰 구성요소를 포함할 수 있고, 이에 의해 분리기의 중앙 수직축(41) 주위로 반구형부(1)의 이동의 범위를 허용한다. 시트(24, 25)는 반구형부(1)가 방사상으로 외부로 그리고 축방향으로 위로 또는 아래로 처리하는 것을 막는 경향이 있다. 또한, 시트(24, 25)는 스핀들부가 작동 동안 고속으로 분리기의 중앙 수직축(41)을 주위로 회전할 때 스핀들부(20)의 수직 및 수평 스위블링(swiveling)의 양을 제한할 수 있다. 또한, 스핀들부(20)의 스위블링은 예를 들면 고무로 만들어진 선택적 스윙 저항성 링(21)에 의해 완충될 수도 있다. 스위블링의 양을 제한하고 이러한 방사방향 또는 축방향 프로세싱을 막음에 의해, 회전 보울(10)의 고유 주파수와 관련된 진동이 감소될 수 있다. 또한, 시트(24, 25)는 예를 들어 시팅 요소(seating element)로 아치형태로 될 수 있고, 이는 어셈블리(23) 또는 그 하우징의 회전 이동과 같은 이동을 거의 막는다. 일반적으로, 이러한 이동을 막는 것은 반구형부(1)를 작동적으로 안정화시킬 수 있다.
일 실시예에서, 시트(24, 25)는 연속적인 링 부재, 불연속적인 안정화 부재 또는 이러한 부재들의 조합으로서 형성될 수 있다. 또한, 시트(24, 25)는 조정될 수 있고, 이에 의해 반구형부(1)와의 압축 접촉은 예를 들어 분리기를 위한 특별한 프로세스 요구에 따라 변경될 수 있다. 시트(24, 25)의 이러한 조정 가능성은 예를 들면 이와 함께 관련된 하나 이상의 조정 부재의 이용에 의해 촉진될 수 있다. 상기에서 설명된 것처럼, 본 발명은 또한 개별적인 시트의 이용도 가능하고, 이 개별적인 시트는 반구형부(1)의 상부 및/또는 하부 반구형부와 압축 접촉될 수 있다. In one embodiment, the
또한, 장착된 베어링 및 스핀들 어셈블리(23)의 회전은 예를 들어 회전 방지 핀(29)과 같은 위치 부재(positioning member)에 의해 방지될 수 있다. 예를 들면, 도 1은 어셈블리(23)에서의 확장 개구를 통해 연장하도록 위치한 핀(29)을 도시한다. 일 실시예에서, 이러한 위치 부재는 어셈블리(23) 또는 그 하우징의 예를 들어 회전 이동과 같은 이동을 실질적으로 막도록 베어링 및 스핀들 어셈블리(23)를 위한 장착 영역과 상호작용할 수 있다. 도시된 것처럼, 회전 방지 핀(29)은 어셈블리(23)의 개구 내에서 이동할 수 있고, 이에 의해 이는 스핀들부(20)의 스위블링을 방해하지 않는다. 분리기에 의한 스위블링 및 회전의 범위는 고속 분리가 일어나는 속도와 관련이 있을 수 있다. 또한, 구동 모터(16)는 주입 액체의 분리를 위해 원하는 속도로 분리기 보울(10)을 회전시키도록 제어 가능하게 작동될 수 있다. In addition, the rotation of the mounted bearing and spindle assembly 23 can be prevented by a positioning member, such as for example an
또한, 센트레이트 케이스(30), 센트레이트 케이스(30), 센트레이트 배출구 포트(32), 센트레이트 배출구 포트 밸브(33) 및 센트레이트 밸브(34)가 도 1에서 도시되고, 이들 모두는 작동 동안 분리기로부터 센트레이트를 그리고 보울(10)로부터 정해진 액체를 제거하는데 관련된다. 이하에서 상세하게 설명되는 것처럼, 센트레이트 케이스(30)는 분리 밸브(26)를 포함하고, 이 밸브는 주입 액체가 주입 모드에서 보울(10)로 들어갈 때 개방된다. 분리 밸브(26)는 바람직하게 그 주위에 배치된 환형 부재(9)를 포함한다. 주입 모드 동안, 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 개방된 채 유지된다. 반대로, 절연(26) 및 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 모두 고체가 분리기로부터 펌프될 때 닫혀있다. 분리 밸브는 도 10과 관련하여 이하에서 더욱 자세하게 설명되고, 이는 주입 모드 동안 분리기의 상부(19)를 도시한다. 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 종래의 자동 밸브 제어 어셈블리를 통해 또는 수동식으로 닫힐 수 있다. 또한, 분리기는 분리기 하우징(13)의 하단부 영역(39)을 포함한다. In addition, the
또한, 도 1은 회전 가능한 잔여물 우회 밸브(rotatable residual divert valve; 92)의 하부 표면 아래로 분리기 하우징(13)의 하단부 영역(39)에 이동 가능하게 위치한 고체 우회 밸브(90)를 갖는 분리기의 실시예를 도시한다. 선택적으로, 잔여물 우회 밸브(92)의 하부면은 고체 우회 밸브(90) 내에서 부분적으로 연장하는 피쳐를 가질 수 있다. 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)의 개구(76)에 위치한 잔여물 우회 밸브(92)는 닫힌 위치로 도시되고, 이는 주입 모드 동안 유지된다. 닫혀 있을 때, 밸브(92)는 주입 액체 포트(96)와 소통하는 주입 액체 통로(94)뿐만 아니라 잔여물 액체 배수 포트(100)와 소통하는 잔여물 배수 통로(98)를 형성한다. 또한, 잔여물 우회 밸브(92)는 밸브 수용 부재(10) 내에서 소통하도록 배치될 수 있고, 분리기 하우징(13)의 하단부(39)가 일체화되도록 제공될 수 있다. 또한, 밸브(92)는 축(6) 주위로 그 닫힌 위치로부터 회전될 수 있고, 이에 의해 고체 우회 밸브(90)는 보울로 개구(76)와 소통하도록 윗 방향으로 추진될 수 있다. FIG. 1 also shows a separator having a
또한, 도 1에서 도시된 것처럼, 본 발명의 분리기는, 바람직하게 고체 배출구 포트 밸브(107) 및 고체 배출구 포트(106)를 통합하도록 하단부의 우회 피스톤(102)을 넘어 연장하고 고체 우회 피스톤(102) 내에서 축방향으로 배치된 고체 통로(104)를 포함할 수 있다. 통로(104), 피스톤(102), 포트(106) 및 밸브(107)는 각각 작동의 고체 방출 모드 동안 원심 분리기로부터 축적된 고체를 제거하는 것과 연관된다. 고체는 분리기 보울(10)로부터 펌프되고, 고체 배출구 포트 밸브(107)는 예를 들어 고체가 고체 통로(104)로부터 고체 배출구 포트(106)를 통해 분리기를 빠져나가도록 통과하는 것을 가능하게 하도록 개방될 수 있다. In addition, as shown in FIG. 1, the separator of the present invention preferably extends beyond the
고체 배출구 포트 밸브(107)는 종래의 자동 밸브 제어 어셈블리를 통해 또는 수동식으로 개방될 수 있다. 고체 방출 모드는 일반적으로 예를 들어 원형 셀(intact cells)과 같은 민감한 고체를 펌프하고 회수하며, 추가적인 작업 없이 저장 용기 또는 다른 프로세스로 이 고체를 통과시킬 수 있다. 고체는 작동자에 의해 작업되지 않고, 이는 손상되거나 또는 오염되기 쉽지 않다. 예를 들어 도 1 의 분리기와 같은 본 발명의 분리기는 상기에서 설명된 것과 같은 통로, 밸브, 피스톤, 액츄에이터, 어셈블리, 포트, 부재 등과 같은 구성 또는 배열을 특징으로 할 수 있고, 이는 특별한 이용에 대해 적절할 것이다. The solid
또한, 세정 통로(108)는 바람직하게 고체 통로(104)에 평행하게 고체 우회 피스톤(102) 내부에 배치될 수 있고, 선택적으로 세정 포트(111)를 통합하기 위해 하단부의 피스톤(102)을 넘어 연장한다. 상단부에서, 세정 통로(108)는 고체 통로(104)와 소통할 수 있다. 세정 포트(111) 및 통로(108)는 함께 분리기의 세정 또는 살균에서 그리고 고체 방출 모드를 뒤따르는 통로(104)에 남아 있는 어떠한 고체의 회수을 도울 수 있다. 또한, 고체 방출 모드가 완료되면, 세정 포트(111) 및 통로(108)는 축방향으로 윗 방향으로 피스톤(12)을 추진하도록 작동할 수 있다. In addition, the
특히, 고체가 분리기로부터 펌프된 이후, 고체 배출구 포트 밸브(107)는 닫힐 수 있고, 이에 의해 세정 포트(111) 및 통로(108)를 통해 유입된 예를 들어 압축된 가스 또는 유압액과 같은 액체가 피스톤(12)의 하부 원뿔형부와 접촉하고 작동의 다음 주입 모드를 위해 거의 상단부 위치로 되돌아 갈 때까지 피스톤을 윗 방향으로 추진한다. 피스톤(12)을 이동시키기 위한 압축 가스의 예시적 형태를 질소 및 아르곤을 포함한다. 유사하게, 보울(10) 내에서 피스톤(12)을 움직이는데 이용될 수 있는 예시적인 유압액은 증류수를 포함할 수 있다. In particular, after the solid has been pumped out of the separator, the solid
다른 실시예에서, 본 발명의 분리기는 예를 들어 고체 방출을 촉진하기 위해 핀치 또는 볼 형태 밸브 어셈블리를 특징으로 할 수 있다. 종래의 핀치 형태 밸브 어셈블리는 작동 동안 페스트와 같은 고체와 부딪히는 분리기를 위해 바람직할 수 있다. 예시적인 볼 형태의 밸브 어셈블리는 분리기 하우징의 하단부 영역에 배치된 절반의 볼 형태의 배출 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 볼 형태의 밸브 어셈블리의 방출 밸브는 분리기 보울로부터 배수되는 잔여물 액체 및 주입 액체를 위한 통로를 포함할 수 있다. 예를 들면, 방출 밸브는 각각 작동의 주입 모드 및 고체 방출 모드 동안 닫힌 위치 그리고 개방 위치 사이에서 회전할 수 있다. In another embodiment, the separator of the present invention can be characterized by a pinch or ball shaped valve assembly, for example to facilitate solid release. Conventional pinch-type valve assemblies may be desirable for separators that encounter solids such as pests during operation. The exemplary ball shaped valve assembly can include a half ball shaped discharge valve disposed in the bottom region of the separator housing. In addition, the discharge valve of the valve assembly in the form of a ball may include passages for residue liquid and injection liquid drained from the separator bowl. For example, the release valve can rotate between the closed position and the open position during the injection mode and the solid release mode of operation, respectively.
주입 모드 동안, 분리기 하우징은 볼 형태의 밸브 어셈블리의 주입 및 잔여물 유체 통로를 제외하고는 닫힐 수 있고, 이는 예를 들어 보울의 원뿔형 하단부에서의 개구와 소통할 수 있다. 예를 들면, 볼 형태의 밸브 어셈블리는 피스톤 수축 및 분리기 세정 또는 살균을 위한 하나 이상의 포트를 포함할 수 있다. 본 발명의 분리기에서 이용될 수 있는 예시적인 볼 형태의 밸브 어셈블리는 여기서 참조로 인용된 미국 특허 제 6,776,752호에서 설명된다. During the injection mode, the separator housing can be closed except for the injection and residue fluid passageways of the valve assembly in the form of a ball, which can communicate with the opening at the conical bottom of the bowl, for example. For example, a ball assembly valve assembly may include one or more ports for piston contraction and separator cleaning or sterilization. An exemplary ball shaped valve assembly that can be used in the separator of the present invention is described in US Pat. No. 6,776,752, incorporated herein by reference.
도 2는 분리기 하우징(13)의 하단부 영역(39)에 배치된 볼 형태 밸브 어셈블리(40)를 포함하는 본 발명의 분리기의 일 실시예를 도시한다. 바람직하게, 도시된 것처럼, 볼 형태 밸브 어셈블리(40)는 방출 밸브(42)를 특징으로 한다. 예를 들면, 방출 밸브(42)는 내부를 향하는 플랜지(43) 아래에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 방출 밸브(42)는 잔여물 액체 배수 포트(47)와 소통하는 잔여물 액체 배수 통로(46)뿐만 아니라 주입 액체 포트(45)와 소통하는 주입 액체 통로(44)를 통합할 수 있다. 또한, 밸브 시일(valve seal; 48)은 플랜지(43)의 하부면 상에 배치될 수 있다. FIG. 2 shows one embodiment of the separator of the present invention that includes a ball shaped
주입 모드 동안, 도 2의 분리기는 닫힌 위치에서 방출 밸브(42)를 특징으로 하고, 이 닫힌 위치에서 외부 상부면은 밸브 시일(48)에 대해 놓인다. 예를 들면 밸브 시일(48)은 밸브 액츄에이터(49)를 통해 유입된 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 팽창될 수 있다. 바람직하게, 밸브 시일(48)은 주입 모드를 통해 팽창된 채 남아 있다. 도 2는 고체를 지닌 주입 액체(solids-bearing feed liquid)가 주입 액체 포트(45)를 통해 유입될 수 있다. 주입 액체는 주입 액체 포트(45)로부터 주입 액체 통로(44)로 유동할 수 있다. 바람직하게, 주입 액체 통로(44)는 메인 통로(50)와 소통하고, 이는 피스톤 수축 액츄에이터(52) 내에서 축방향으로 배치될 수 있다. 메인 통로(50)의 상단부는 주입 모드 동안 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)의 개구(76)로 주입 액체를 분사하기 위한 분사 포트(154)를 포함할 수 있다. During the injection mode, the separator of FIG. 2 features the
본 발명의 분리기를 위한 작동의 주입 모드는 도 4와 관련하여 이하에서 더욱 자세히 설명되고, 이는 회전 가능한 잔여물 우회 밸브의 하부면 아래로 분리기 하우징(13)의 하단부 영역(39)에 이동 가능하게 위치한 고체 우회 밸브의 특징을 갖는 분리기의 실시예를 도시한다. 도 2와 관련하여, 예를 들면, 주입 모드는 분리기 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)와 접촉하는 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 가짐에 의해 추가적으로 특징지어질 수 있다. 도시된 것처럼, 피스톤 수축 액츄에이터(52)는 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 반응하여 축방향으로 위로 그리고 아래로 이동할 수 있다. The injection mode of operation for the separator of the present invention is described in more detail below in connection with FIG. 4, which is movable in the
고체가 주입 액체로부터 분리된 이후, 상기에서 설명된 것처럼 닫힌 위치로 남아 있는 방출 밸브(42)의 형상화된 표면 상으로 개구(76)를 통해 보울의 잔여물 액체가 배수될 때, 피스톤은 분리기 보울(10)과 접촉한 채로 있다. 도 2에서 도시된 것처럼, 잔여물 액체는 방출 밸브(42)의 형상화된 표면에 의해 채널될 수 있고, 이에 의해 잔여물 액체 배수 통로(46)를 통과한다. 잔여물 액체는 배수 통로(46)를 통과하고, 마지막으로 잔여물 액체 배수 포트(47)를 통해 분리기를 빠져나간다. After the solid has been separated from the injection liquid, when the residual liquid in the bowl is drained through the
일 실시예에서, 유체 포트(58)에 유입된 유체 압력은 수축 액츄에이터(52)를 윗 방향으로 추진하기 위해 피스톤 수축 액츄에이터(52) 주위에 배치된 환형 액츄에이터 플랜지(57)의 하부면에 대해 작용한다. 또한, 피스톤 수축 액츄에이터(52)의 축방향 이동은 액츄에이터 제어 포트(54)를 통해 유입된 유체에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 액츄에이터 제어 포트(54)는 분리기 하우징(13)의 하단부 영역(39)에 제공될 수 있고, 이에 의해 유체는 포트(54)로 들어가고 피스톤 수축 액츄에이터(52)의 주위에 배치된 환형 액츄에이터 플랜지(57)의 상부면과 접촉한다. In one embodiment, the fluid pressure introduced into the
또한, 액츄에이터 제어기(54) 및 유체 포트(58)는 부수적으로 환형 액츄에이터 플랜지(57)의 상부 및 하부면을 유체와 접촉시킴에 의해 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 구동하고 이동시키도록 작용할 수 있다. 예를 들면, 환형 액츄에이터 플랜지(57)의 상부면에 작용하는 압력이 그 하부면에 작용하는 압력보다 작을 때 피스톤 수축 액츄에이터(52)는 윗 방향으로 추진될 수 있다. 주입 모드 동안, 피스톤 수축 액츄에이터(52)는 보울(10)의 개구(76)와 가스-밀폐 소통하도록 지지되고 축방향으로 윗 방향으로 추진될 수 있다. 또한, 보울 개구(76) 및 피스톤 수축 액츄에이터(52)의 계면은 예를 들어 그 사이에 배치된 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 시일에 의해 밀봉될 수 있다. In addition, the
바람직하게, 피스톤 수축 액츄에이터(52)는 피스톤(12)이 거의 그 최상부 위치로 돌아오는 동안 보울(10)의 개구(76)와 가스-밀폐 소통하고, 최상부 위치는 일반적으로 고체 방출 모드 이후에 온다. 상기에서 설명된 것처럼, 이러한 가스-밀폐 소통은 유체 포트(58)를 통해 유입된 유체 압력을 통해 이루어질 수 있고, 이는 피스톤 수축 액츄에이터(52) 주위에 배치된 환형 액츄에이터 플랜지(57)의 하부면에 작용한다. 유체는 액츄에이터 제어기 포트(54)에서 분리기로 들어갈 수도 있지만, 플랜지(57)의 상부면 상에 가해진 압력은 가스-밀폐 소통을 유지하도록 그 하부면에 대해 작용하는 압력보다 작을 것이다. 또한, 액츄에이터 제어기 포트(54)가 플랜지(57)의 상부면으로 유체를 유입시키지 않도록 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 유체 포트(58)는 피스톤 수축 액츄에이터(52)의 이동을 완전히 제어할 것이다. Preferably, the
피스톤(12)을 거의 그 최상부 위치로 되돌리기 위해, 보울 개구(76)와 소통하도록 유체 압력이 수직축(41)을 따라 윗 방향으로 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 추진한 이후 유체는 피스톤(12)의 하부 원뿔형부와 접촉한다. 피스톤이 거의 그 최상부 위치로 돌아올 때, 주입 유체 포트(45)를 통해 유입된 유체는 불연속적일 수 있다. 이후 피스톤(12)은 보울(10)의 내벽에 인접한 하나 이상의 피스톤 시일 사이에서 마찰력에 의해 거의 그 최상부 위치에서 유지된다. 도 2에서 도시된 것처럼, 환형 피스톤 시일(59)은 피스톤(12) 주위로 배치되고 보울(10)의 내벽과 접촉한다. 시일(59)은 예를 들어 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소를 포함할 수 있다. To return the
피스톤(12)이 거의 그 최상부 위치로 돌아가기 이전에, 분리기는 고체 방출 모드에서 일반적으로 작동되고, 이 모드에서 고체는 보울(10)로부터 펌프된다. 도 2에서 도시된 본 발명의 분리기에서, 고체 방출 모드는 개방 위치로 회전축(6) 주위로 회전되는 방출 밸브(42)에 의해 특징지어지고, 이에 의해 피스톤(12)이 축방향으로 아래 방향으로 이동할 때 고체는 분리기를 떠날 수 있다. 또한, 고체 방출 모드 이후, 바람직하게 분리기는 쉽게 세정되거나 또는 그 자리에서 살균될(sterilized-in-place) 수 있으며, 방출 밸브(42)는 개방 위치로 회전된다. Before the
예를 들면, 주입 모드 동안, 닫힌 위치로부터 개방 위치로 방출 밸브(42)를 회전시키기 위해, 고체 방출 모드 동안 밸브 시일(48)이 수축될 수 있다. 밸브 시일은 예를 들면 밸브 액츄에이터(49)에서 유체의 유입을 불연속적으로 함에 의해 수축될 수 있다. 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 포함할 수 있는 방출 밸브(42)의 상부 오프셋 부분은 플랜지(43)의 내부 에지에 의해 형성된 개구로부터 멀리 회전축(6) 주위로 90℃ 회전되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 고체 방출 모드를 위해 개방 위치로 방출 밸브(42)를 회전시키기 이전에, 피스톤 수축 액츄에이터(52)는 보울(10)의 개구(76)와 가스-밀폐 소통으로부터 제거된다. 액츄에이 터(52)는 예를 들어 상기에서 설명된 것처럼 보울(10)로부터 멀리 축방향으로 아래 방향으로 이동할 수 있다. For example, during the injection mode, the
피스톤 수축 액츄에이터(52)는 보울 개구(76)와의 가스-밀폐 소통으로부터 제거되고 방출 밸브(42)는 개방 위치로 회전되며, 고체는 분리기로부터 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)를 통해 펌프될 수 있다. 바람직하게, 피스톤(12)이 축방향으로 아래 방향으로 이동할 때 고체는 분리기 보울로부터 펌프된다. 일반적으로, 고체 방출 모드는 도 7의 분리기와 관련하여 이하에서 더욱 자세히 설명되는 것과 같은 분리기의 상부(19)에서 시작한다. 도 2에서 도시된 것처럼, 피스톤(12)은 나이프-에지(62)를 특징으로 할 수 있고, 이는 분리기 보울(10)의 개구(76)에서 또는 원뿔형 하단부(17) 근처에 고정되는 예외적으로 페이스트와 같은 고체의 분리를 도울 수 있다. The
도 3은 레이저 센서 어셈블리(122)의 특징을 나타내는 도 2의 분리기의 단면도이다. 예를 들면, 어셈블리(122)는 적절한 수단에 의해 분리기 하우징(13)의 외부에 또는 그 내부에 장착될 수 있다. 일반적으로, 예를 들어 포커싱(focusing) 및 반사 부재와 같은 광학 요소는, 어셈블리(122)를 위한 어떠한 적절한 장착 옵션, 구성 또는 배열을 촉진시키는데 이용될 수 있다. 도시된 것처럼, 레이저 센서 어셈블리는 분리기의 상부(19)에 또는 그 위에 배치될 수 있다. 바람직하게, 어셈블리(122)는 분리기 하우징(13)을 위한 상단부의 칼라와 같은 연장부(22) 위에 배치된다. 레이저 센서 어셈블리(122)는 분리기 보울(10) 내에서 피스톤(12)의 축방향 이동을 모니터하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 분리기는 예를 들면 종 래 형태의 레이저 광 방사 소자일 수 있다. 3 is a cross-sectional view of the separator of FIG. 2 showing features of the
예를 들면, 도 3의 레이저 센서 어셈블리(122)는 펄스된 레이저 광(124)을 방사함에 의해 피스톤(12)의 축방향 이동을 모니터할 수 있다. 이 기술 분야의 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 방사 이후 펄스된 레이저 광(124)을 탐지함에 의해, 어셈블리(122)는 타임-투-트레블(time-to-travel) 측정을 제공할 수 있고, 이로부터 보울(10) 내에서 피스톤(12)의 위치가 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 피스톤(12)과 연관되고 바람직하게 보울(10)의 허브(60) 내에서 광학 경로를 통해서와 같이 레이저 센서 어셈블리(122)와 광학적으로 정렬된 반사 표면 또는 부재는 레이저 광을 어셈블리(122)로 반사시킬 수 있다. 또한, 이러한 타임-투-트레블 측정은 작동기에 피스톤(12)이 이동하는 축방향 거래에 관한 입력을 제공할 수 있다. 도 3의 레이저 센서 어셈블리(122)는 예를 들면 보울(10) 내에서 피스톤(12)을 이동시키는데 이용되는 압력에 의해 축방향으로 윗 방향으로 또는 아래 방향으로 피스톤이 이동함에 따라 보울 내에서 피스톤(12)을 모니터하는데 이용될 수 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어 피스톤의 이동을 모니터하기 위해 초음파, 적외선 또는 복사 에너지 방사 수단에 기초한 다른 종래의 어셈블리 또는 장치를 이용할 수도 있다. For example, the
도 4는 주입 모드 동안 작동하는 본 발명의 분리기를 도시하고, 이 주입 모드에서 보울(10) 및 피스톤(12)은 고속으로 함께 회전한다. 예를 들면, 고체를 지닌 주입 액체가 보울로 주입되고 보울의 원뿔형 하단부(17)의 내부면 위의 경로(64)로 유동한다. 바람직하게, 피스톤(12)은 정해진 액체(72)로부터의 유압에 의해 상단부 위치에서 유지되고, 이에 의해 보울의 허브(60)에 대해 추진되고, 이로써 개방 위치로 센트레이트 밸브(34)를 유지시킨다. 일 실시예에서, 센트레이트 밸브(34)는 허브(60)로부터 피스톤(12)으로 연장하는 핀(67)에 의해 개방된 채로 추진되고, 이에 의해 수직축(41)을 따라 아래 방향으로 밸브를 민다. 센트레이트 밸브(34)는 고체 방출 모드 동안 닫힐 수 있고, 예를 들면 스프링(66)은 윗 방향으로 추진되며, 이는 이하에서 더욱 자세히 설명된다. 4 shows the separator of the present invention operating during the injection mode, in which the
또한, 센트레이트 밸브(34) 및 피스톤(12)은 예를 들면 하나 이상의 시일을 포함할 수 있다. 바람직하게, 하나 이상의 시일은 센트레이트 밸브와 함께 이용될 수 있고, 이에 의해 정해진 액체가 분리기 보울의 내부로부터 빠져나간 이후 분리기 보울(10)의 내부로 다시 돌아오는 것을 막는다. 또한, 이러한 시일은 고체 방출 모드로 피스톤(12)의 아래 방향으로의 이동 동안 고체가 센트레이트 케이스(30)로 들어가는 것을 막도록 이용될 수 있다. 또한, 이러한 시일은 피스톤(12) 위의 분리기 보울(10)의 일부가 압력을 받게 할 수 있고, 이에 의해 피스톤은 고체 방출 모드 동안 유체 압력에 의해 아래 방향으로 효과적으로 추진될 수 있다. 또한, 센트레이트 밸브(34) 및 피스톤(12)과 연관된 시일은 정해진 액체가 피스톤(12) 및 보울(10)의 내부면 사이에서 유동하는 것을 막을 수 있다. 또한, 본 발명은 통로, 밸브, 피스톤, 액츄에이터, 어셈블리, 포트, 부재 및 여기서 설명된 이와 유사한 것 중 하나 또는 모두와 연관된 하나 이상의 시일을 이용할 수도 있다. In addition,
센트레이트 밸브(34) 및 피스톤(12)의 예시적인 시일은 예를 들면 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 이러한 시일은 도 10에서 도시된 분리기를 참고로 하여 이하에서 더욱 자세하게 설명된다. 도 4에서 도시된 것처럼, 피스톤(12)은 보울(10)의 내벽에 인접한 피스톤 시일(56) 사이에서의 마찰력에 의해 거의 최상부 위치에서 유지될 수 있다. 바람직하게, 이러한 시일(56)은 보울(10)의 내벽과 접촉하고 피스톤(12) 주위로 배치된다. 일 실시예에서, 시일(56)은 피스톤(12) 상의 선형부에 의해 서로로부터 분리될 수 있다. 예를 들면, 시일(56)은 그 축방향 이동 동안 피스톤의 비정렬을 막을 수 있고 보울의 내부면과 균일한 소통을 제공할 수 있으며, 이에 의해 보울은 피스톤(12) 위로 또는 아래로 효과적으로 압력을 받을 수 있다. 다른 실시예에서, 피스톤(12)은 보울(10)의 내벽과 접촉하고 주위에 배치된 다수의 시일을 특징으로 할 수 있다. 또한, 시일(56) 대신에, 예를 들어 도 2에서 도시된 것과 같은 단일 시일(59)이 피스톤(12) 주위에 배치될 수 있다. Exemplary seals of
일 실시예에서, 본 발명의 분리기의 보울(10)의 내부는 스크래치 저항성 형태의 코팅을 특징으로 할 수 있다. 예를 들면, 이러한 코팅은 보울(10)의 전체 내부면 또는 일부를 따라 배치될 수 있다. 분리기 보울의 내부를 위한 예시적 코팅은 단단한 크롬, 붕소-질화물, 티타늄 또는 이의 조합물을 포함할 수 있다. 바람직하게, 스크래치 저항성 형태의 코팅은 보울에 대한 마멸을 막을 수 있다. 이러한 마멸은 주입 액체 전단변형(shearing)을 유도할 수 있고, 이는 효과적인 고체 분리 및 회수을 방해할 수 있다. 또한, 보울 내에서 스크래치 저항성 형태의 코팅은 그 내부면 및 피스톤(12) 주위로 배치된 하나 이상의 시일 사이에서 균일한 소 통을 제공할 수 있다. 보울의 내부면 및 피스톤(12) 주위로 배치된 하나 이상의 시일 사이의 균일한 소통은 상기에서 설명된 것과 같은 보울의 효과적인 가압 및 축적된 고체의 효과적인 회수을 도울 수 있다. In one embodiment, the interior of the
보울(10)의 고속 회전에 의해 생성된 분리력 하에서, 도 4는 축적된 고체(70) 및 정해진 액체(72)로 분리된 주입 액체를 도시한다. 정해진 액체(72)는 센트레이트 밸브(34)를 통해 경로(64)를 따라 위로 계속되고, 센트레이트 방출 구멍(74)에서 보울을 빠져나간다. 일 실시예에서, 센트레이트 방출 구멍(74)은 분리기 보울(10)에 또는 거의 그 상단부에 배치될 수 있다. 바람직하게, 방출 구멍(74)은 센트레이트 케이스(30)로 유도되고, 이 케이스는 예를 들면 작동의 주입 모드 동안 개방되어 있는 분리 밸브(26)를 특징으로 할 수 있다. 분리 밸브(26)는 밸브(26) 주위로 배치된 환형 부재(9)에 대해 작용하는 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 개방된 채 유지될 수 있다. Under the separation force created by the high speed rotation of the
예를 들면, 주입 모드에서, 유체는 하부 포트(4)를 통해 환형 부재(9)의 하부면으로 유입될 수 있다. 이후 정해진 액체(72)는 센트레이트 케이스(30)로부터 센트레이트 출구 포트(32)로 통과할 수 있고, 이는 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)를 특징으로 한다. 바람직하게, 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 주입 모드 동안 개방되고, 이에 의해 정해진 액체(72)가 센트레이트(73)로서 분리기를 빠져나가도록 한다. For example, in the injection mode, fluid may enter the lower surface of the
또한, 본 발명의 분리기는 그로부터 빠져나가는 센트레이트(73)의 품질을 유지하기 위한 요구가 있는 이용에서 이용될 수 있다. 예를 들면, 센트레이트로서 분리기를 빠져나가는 민감한 유기 폴리머는 주어진 분리로부터 오직 원하는 수율(yield)일 수 있다. 본 발명은 센트레이트 및 고체가 원하는 수율인 이용에서도 이용될 수 있다. 분리기를 빠져나가는 센트레이트의 품질을 유지하는 것이 중요한 이용에서, 본 발명의 분리기가 이용될 수 있고 이에 의해 정해진 액체의 전체적인 전단변형 및 그로부터 초래되는 센트레이트를 감소시키는데 이용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 전단변형은 예를 들어 민감한 센트레이트의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. In addition, the separator of the present invention can be used in demanding use to maintain the quality of the
일 실시예에서, 본 발명의 분리기는 예를 들어 회전하는 보울 대신에 또는 이에 추가하여 분리 및/또는 고체 회수 수단을 이용할 수 있다. 분리 수단의 일례는 종래의 쌍을 이룬 디스크(pairing-disc) 어셈블리이다. 본 발명의 분리기는 쌍을 이룬 디스크 어셈블리를 포함할 수 있고, 이에 의해 예를 들어 정해진 액체 및 이로부터 초래되는 센트레이트의 전체 전단변형을 감소시킨다. 예를 들면, 쌍을 이룬 디스크 어셈블리는 본 발명의 분리기를 위한 이용에서 이용될 수 있고, 이 경우 센트레이트의 품질을 유지하는 것이 바람직하다. 이 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 것처럼, 쌍을 이룬 디스크 어셈블리는 예를 들면 원하는 센트레이트의 최소 전체 전단 변형으로 주입 액체로부터 고체를 연속적으로 분리하는 것을 일반적으로 수행할 수 있다. In one embodiment, the separator of the present invention may employ separation and / or solid recovery means, for example in place of or in addition to a rotating bowl. One example of the separating means is a conventional pairing-disc assembly. The separator of the present invention may comprise a paired disk assembly, thereby reducing, for example, the overall shear deformation of a given liquid and the centrate resulting therefrom. For example, a paired disk assembly can be used in use for the separator of the present invention, in which case it is desirable to maintain the quality of the centrate. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, a paired disk assembly can generally perform the continuous separation of solids from the injection liquid, for example with a minimum overall shear deformation of the desired centrate.
또한, 본 발명의 분리기는 예를 들면 고정 및 장착 수단과 같은 하나 이상의 피쳐(feature)를 포함할 수 있고, 이에 의해 보울(10)은 분리기 하우징(13)으로부터 분리될 수 있다. 바람직하게, 분리된 보울(10)과 함께, 피스톤(12) 및 이와 연 관된 어셈블리는 상기에서 설명된 쌍을 이룬 디스크 어셈블리와 같은 분리 및/또는 고체 회수 수단으로 대체될 수 있다. 분리 및/또는 고체 회수을 대체하는 데 이용되기에 적절한 분리기 보울은 이후 하나 이상의 피쳐를 통해서 본 발명의 분리기에 결합될 수 있다. 이후 본 발명의 분리기는 특별한 이용에 대해 이용될 수 있다. 주어진 고체 분리 이용에 대한 본 발명의 분리기의 구성을 변경하는 능력은 여기에서 참조로 인용된 미국 특허 제 6,776,752호에 의해 설명된 피스톤-돌출 어셈블리 또는 축방향 스크래퍼(scarper)와 같은 분리 및/또는 고체 회수 수단의 이용을 허용한다. In addition, the separator of the present invention may comprise one or more features such as, for example, fastening and mounting means, whereby the
도 4의 분리기에서 도시된 것처럼, 작동의 주입 모드에서, 고체 우회 밸브(90)는 가스-밀폐 방식으로 잔여물 우회 밸브(92)의 하부면에 대해 윗 방향으로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 고체 우회 밸브(90)는 예를 들어 그 위에 배치된 것과 같은 하나 이상의 시일을 특징으로 할 수 있다. 예를 들면, 이러한 시일은 바람직하게 피스톤(12)의 상부 위에서 보울(10) 및 분리기 하우징(13)의 가압을 가능하게 하는데 이용될 수 있고, 이에 의해 피스톤(12)의 이동을 제공한다. 이러한 시일은 예를 들어 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 시일은 보울(10) 및 분리기 하우징(13)의 가압을 가능하게 하고, 바람직하게 피스톤(12)의 상부 위에 분리 밸브(26)가 예를 들어 고체 방출 모드 동안 개방된 채로 있을 수 있다. 도 4에서 분리기의 분리 밸브가 예를 들어 작동의 고체 방출 모드 동안 개방된 채로 있는 구성은 특별한 이용에 대해 유리할 수 있다. In the injection mode of operation, as shown in the separator of FIG. 4, the
바람직하게, 도 4에서 도시된 분리기는 하나 이상의 시일을 구비한 고체 우회 밸브(90)를 특징으로 한다. 이러한 시일은 예를 들어 분리 밸브(26)가 고체 방출 모드 동안과 같은 닫힌 위치에 있을 때 바람직하게 피스톤(12)의 상부 위에서 분리기 보울(10)의 효과적인 가압을 제공할 수 있다. 예를 들면, 작동의 고체 방출 모드 동안 분리 밸브(26)를 닫음으로써, 가압에 필요한 시간 및 보울 내에서 피스톤을 이동시키기 위해 가압되는 부피가 감소될 수 있다. 도 2와 관련하여 상기에서 설명된 것과 같은 본 발명의 분리기는, 작동의 고체 방출 모드 동안과 같이 피스톤을 축방향으로 이동시키기 위해 예를 들어 피스톤(12)의 상부 위에서 분리기 보울(10)을 가압하는 것이 바람직할 때, 닫힌 위치의 분리 밸브(26)의 특징을 갖는다. 분리 밸브가 닫힌 채, 하우징(13) 및 보울(10) 사이의 부피는 가압될 필요가 없고 따라서 하우징도 또한 이러한 가압을 유지할 수 있도록 구성될 필요가 없다. Preferably, the separator shown in FIG. 4 features a
예를 들어 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소를 포함하는 시일이 잔여물 우회 밸브(92) 상에 배치되거나 또는 이와 연관될 수 있고 이에 의해 바람직하게 밸브(92) 및 고체 우회 밸브(90) 사이의 계면을 밀봉한다. 일 실시예에서, 고체 우회 밸브(90)는 고체 우회 피스톤(102)에 의해 윗 방향으로 추진될 수 있고, 그 위에 밸브(90)가 피스톤(102)의 고체 통로(104)와 소통하도록 최상단부에 배치된다. 도 4에서 도시된 것처럼, 액츄에이터 포트(112)에 유입된 공압 또는 유압은 피스톤(102)을 윗 방향으로 추진하기 위해 고체 우회 피스톤 주위로 배치된 환형 플랜지(110)의 하부면에 대해 작용한다. Seals comprising components such as, for example, PTFE or TEFLON-based (EI du Pont de Nemours and Company, 1007 Market Street, Wilmington, Delaware 19898) elastomeric materials are disposed on the
고체 우회 피스톤(102)은 공압 또는 유압에 반응하여 축방향으로 위로 그리고 아래로 이동한다. 또한, 우회 피스톤(102)의 축방향 이동은 제어 포트(113)를 통해 유입된 압축 가스 또는 유압액에 의해 제어될 수 있다. 제어 포트(113)는 분리기의 하단부 영역(39)에 제공되고, 이에 의해 압축 가스 또는 유압액은 포트(113)로 들어가고 고체 우회 피스톤(102)의 주위에 배치된 환형 플랜지(110)의 상부면과 접촉한다. 또한, 제어 포트(113) 및 액츄에이터 포트(112)는 압축 가스 또는 유압액과 환형 플랜지(110)의 상부면 및 하부면을 동시에 접촉시킴에 의해 우회 피스톤을 함께 이동시키고 구동하도록 작용할 수 있다. The
또한, 도 4에서는 보울(10)의 바닥부의 개구(76)에 위치한 닫힌 위치의 잔여물 우회 밸브(92)가 도시된다. 밸브(92)는 주입 액체 포트(96)와 소통하는 주입 액체 통로(94)를 형성하고, 이에 의해 주입 액체는 경로(64)를 따라서 보울(10)로 주입될 수 있다. 주입 액체는 갭을 가로질러 보울(10)로 주입되고 이에 의해 잔여물 우회 밸브(92)는 회전할 때 보울(10)과 접촉할 필요가 없고, 이에 의해 밸브(92) 및 보울(10)의 기계적 마멸을 막는다. 잔여물 우회 밸브 액츄에이터(114)는 밸브(92)에 작동적으로 결합된다. 공압식 또는 유압식 실린더일 수 있는 액츄에이터(114)는 그 닫힌 위치로부터 축(6) 주위로 잔여물 우회 밸브(92)를 회전시킨다. 주입 액체는 주입 액체 통로(94)를 통해서 보울(10)의 바닥부로 주입되고, 고체 우회 피스톤(102)의 고체 배출구 포트(106)는 닫힌 위치에서 고체 배출구 포트 밸브(107)의 특징을 갖는다. Also shown in FIG. 4 is a
일 실시예에서, 본 발명의 분리기는 경로(64)를 따라 위를 향하여 통과할 때 센트레이트 밸브(34)를 통해 정해진 액체(72)의 전체적인 전단변형의 정도를 감소시킬 수 있고 센트레이트 방출 구멍(74)에서 보울(10)을 빠져나갈 수 있다. 예를 들면, 정해진 액체(72)의 전체적인 전단변형의 정도는 도 5에서 도시된 것과 같은 정해진 액체(72)의 이동에 의해 감소될 수 있다. 도 5는 본 발명의 분리기와 특히 센트레이트 밸브(34)가 설계에 의해 언더플로우(underflow) 경로(129)를 따라 정해진 액체의 언더플로우 효과를 일으킬 수 있다. In one embodiment, the separator of the present invention can reduce the degree of overall shear deformation of a given
도 5에서 도시된 언더플로우 경로는 주입 모드 동안 예를 들어 보울(10) 및 센트레이트 밸브(34)의 구성 및/또는 배열에 의해 정해진 액체(72)의 외부 경계(130) 밑으로 잠긴다. 바람직하게, 외부 경계(130) 바로 밑에 언더플로우 경로(130)가 잠김에 의해, 에어 흐름, 표면 웨이브, 보울(10)의 비동심적 효과 등은 일반적으로 정해진 액체의 이동을 방해하지 않는 경향이 있다. 예를 들면, 정해진 책에의 이동을 방해하지 않음에 의해, 이의 전체 전단변형의 정도는 본 발명의 분리기를 이용하여 최소화될 수 있다. The underflow path shown in FIG. 5 is locked under the
도 5에서 도시된 것처럼, 언더플로우 경로(129)도 보울(10)의 내부면을 따라 축적된 고체(70)와의 접촉을 피하는 경향이 있고, 이에 의해 이러한 접촉으로부터 초래될 수 있는 정해진 액체의 전단변형을 피한다. 일반적으로, 종래의 분리기에서, 정해진 액체의 유동은 예를 들어 분리기 보울에 대해 내부의 표면에서 또는 축적된 고체에서 그 경계와 같은 표면 경계를 따른다. 특히, 종래의 분리기 내부에 서의 코리올리 가속 효과(coriolis acceleration effect)는 보울의 내부에서 그 표면 경계를 따라 정해진 액체가 유동하게 하고, 이에 의해 액체를 보울의 어떠한 잠재적인 전단변형력에 노출시킨다. 본 발명의 분리기에서 정해진 액체(72)의 언더플로우 경로(129)는 어떠한 표면 경계를 피하고, 이에 의해 전체적인 전단변형의 정도를 제한한다. As shown in FIG. 5, the
도 6은 분리기를 도시하고, 이 분리기는 잔여물 우회 밸브(92)를 구비하며 이 밸브는 잔여물 액체(132)가 보울(10)로부터 배수되어 잔여물 액체 배수 통로(98)로 들어가게 하도록 닫혀 있다. 배수 경로(98)는 잔여물 액체 배수 포트(100)에 이르고, 여기서 잔여물 액체(132)는 분리기로부터 마침내 배수된다. 일 실시예에서, 잔여물 액체(132)는 예를 들어 분리기와 연관된 주입 탱크로 되돌아오도록 공급될 수 있다. 이후 주입 탱크는 예를 들어 추가적인 고체 분리를 위해 주입 액체에서의 잔여물 액체를 분리기에 제공한다. 주입 모드가 완료되고 고속 회전 분리가 수행된 이후, 액체(132)는 일반적으로 중력에 의해 분리기로부터 배수된다. 또한, 주입 액체 포트(96)는 닫혀 있거나 또는 충분한 배압(back pressure) 하에 있고, 이에 의해 액체(132)가 주입 액체 통로(94)를 통해 분리기를 빠져나가는 것을 막는다. 보울(10) 및 피스톤(12)은 더 이상 회전하지 않지만, 축적된 고체(70)는 분리기 보울(10)의 내부면에 대해 단단하게 가압된 채 존재한다. 축적된 고체(70)는 작동의 고체 방출 모드 동안 보울(10)로부터 회수될 수 있다. 6 shows a separator, which has a
잔여물 액체(132)가 보울(10)로부터 배수될 때, 피스톤(12)은 보울(10)의 내벽에 인접한 시일(56) 또는 피스톤 시일 사이에서의 마찰력에 의해 주로 거의 그 최상부 위치에서 유지된다. 도 6에서, 고체 배출구 포트 밸브(107)가 닫혀 있고 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 개방된 채, 분리기가 도시된다. 또한, 센트레이트(30)의 분리 밸브(26)는 작동의 주입 모드를 통해 개방된 채로 유지된다. 또한, 피스톤(102) 주위로 배치된 환형 플랜지(110) 및 고체 우회 피스톤(102)이 도시된다. 환형 플랜지(110)의 하부면은 예를 들어 액츄에이터 포트(!12)를 통해 유입된 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 접촉되고, 이에 의해 고체 우회 피스톤(102)은 잔여물 우회 밸브(92)와 가스-밀폐로 일치하게(in gas-tight agreement with) 고체 우회 밸브(90)를 윗 방향으로 유지시킨다. 고체 우회 밸브(90) 및 잔여물 우회 밸브(92) 사이의 일치는 잔여물 액체(132)가 보울(10)로부터 잔여물 액체 배수 통로(98)로 배수되도록 하고, 이 경우 액체는 분리기는 빠져나간다. When the
잔여물 액체(132)가 보울(10)로부터 거의 배수된 이후, 분리기는 고체 방출 모드로 축적된 고체(70)의 펌핑을 준비한다. 센트레이트 배출구 포트 밸브(33) 및 그 분리 밸브(26)는 고체 펌핑 이전에 닫힌다. 상기에서 설명된 것처럼, 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 수동적으로 또는 자동 밸브 제어 어셈블리를 통해 닫힐 수 있다. 분리 밸브(26)는 분리기의 하부 포트(4)를 통해 유입된 유체를 불연속적으로 함에 의해 닫힌다. 유체는 분리 밸브(26)를 개방된 채로 유지시키기 위해 이 분리밸브 주위에 배치된 환형 부재(9)의 하부면 상에 작용한다. 도 7에서 도시된 것처럼, 고체 방출 모드에 대해, 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체는 대신 환형 부재(9)의 상부면과 접촉하고, 이에 의해 분리 밸브(26)를 구동시키고 닫는다. 액체는 고체 방출 동안 상부 포트(61)를 통해 유입되고, 환형 부재(9)와 접촉하여 분리 밸브(26)를 분리기의 상부(19)에 배치된 플랜지(51)에 대해 추진시킨다. After the
도 7은 작동의 고체 방출 모드에서 작동하는 분리기를 도시한다. 도 7은 세로로 분리되어 있고, 이에 의해 피스톤(12)의 두 분리 위치를 도시한다. 좌측에서, 피스톤은 어느 정도 그 하부 이동을 통하고 있고, 우측에서 피스톤은 방출 작동을 완료하는 스트로크(stroke)의 최하부 지점에 있으며, 그 하부 원뿔형부는 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)의 내부면에 위치한다. 도시된 것처럼, 피스톤은 예를 들어 피스톤(12)의 상부에 대해 작용하는 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 수직축(41)을 따라 아래로 추진된다. 또한, 스프링(66)의 윗 방향으로의 추진력 하에서 센트레이트 밸브(34)는 닫힌 위치로 도시된다. 스프링(66)은 그 아래 방향 이동 동안 피스톤(12)의 하부 원뿔형부 및 축적된 고체(70) 사이의 상호작용에 의해 윗 방향으로 추진된다. 피스톤(12)을 아래 방향으로 이동하고, 축적된 고체(70)는 보울(10)의 바닥부에서 개구(76) 밖으로 프레스된다. 7 shows a separator operating in a solid release mode of operation. 7 is vertically separated, thereby showing two separate positions of the
피스톤(12)의 하부 원뿔형부 및 보울(10)의 원뿔형 하단부(17)의 내부면은 가능한 축적된 고체(70)를 많이 효과적으로 제거하도록 정밀하게 맞도록 기계가공된다. 수직축(41)을 따른 피스톤(12)의 이동은 분리기의 상부(19)에서의 구동 포트(2)를 통해 유입된 액체의 의해 주로 야기된다. 센트레이트 케이스(30) 및 내부에 배치된 피스톤(12)의 상부 위의 보울(10)의 섹션이 완전히 밀봉되고 가압될 때, 구동 포트(2)에서 유입된 유체 압력이 마침내 피스톤(12)의 상부와 접촉한다. 센 트레이트 케이스(30) 및 피스톤(12)의 상부 위의 보울(10)의 섹션은 분리 밸브(26)가 닫힐 때 밀봉되고 가압될 수 있다. The lower conical portion of the
또한, 상부 포트(61)를 통해 유입된 압축 가스 또는 유압액에 의해 플랜지(51)에 대해 아래 방향으로 추진될 때 분리 밸브(26)는 닫힌다. 압축 가스 또는 유압액은 환형 부재(9)의 상부면과 마침내 접촉하고, 이는 분리 밸브(26)를 구동시킨다. 센트레이트 배출구 포트(32)를 위한 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 고체 방출 모드 동안 수동식으로 또는 자동 밸브 제어 어셈블리에 의해 닫힌다. 분리 밸브(26)는 도 11과 관련하여 아래에서 더욱 자세하게 설명되고, 이는 고체 방출 모드 동안 분리기의 상부(19)를 도시한다. In addition, the
피스톤(12)이 축방향으로 아래 방향으로 추진될 때 고체 방출 모드는 분리기의 상부(19)에서 시작한다. 분리기 하단부 영역(39)에서, 잔여물 우회 밸브(92)가 잔여물 우회 밸브 액츄에이터(114)에 의해 그 닫힌 위치로부터 회전될 때 펌핑 모드가 시작한다. 밸브 액츄에이터(114)는 예를 들어 유체 압력에 반응하여 축(6) 주위로 잔여물 우회 밸브를 회전시킨다. 고체 우회 피스톤(90)이 잔여물 우회 밸브(92)와의 접촉으로부터 수직축(41)을 따라 아래로 내려진 이후, 밸브(92)는 그 닫힌 위치로부터 90℃ 회전하는 것이 바람직하다. 이후 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체가 환형 플랜지(110)의 하부면 상에 작용하기 위해 액츄에이터 포트(112)를 통해 가해질 때, 고체 우회 피스톤(90)은 수직축(41)을 따라 윗 방향으로 추진된다. 또한, 고체 우회 피스톤(102)의 이동은 제어 포트(113)를 통해 유입된 유체 압력에 의해 제어될 수 있고, 이는 액츄에이터 포트(112)와 함께 작용할 수 있다. 제어 포트(113)는 유체가 환형 플랜지(110)의 상부면과 접촉하게 한다. 이후, 환형 플랜지(110)의 상부면에 대해 작용하는 압력이 그 하부면에 대해 작용하는 압력보다 작을 때 고체 우회 피스톤(102)은 윗 방향으로 추진된다. The solid release mode starts at the top 19 of the separator when the
도시된 것처럼, 고체 우회 피스톤(102)은 축방향으로 윗 방향으로 추진되고, 이에 의해 고체 우회 밸브(90)는 분리기 보울(10)의 바닥부에서 개구(76)와 가스-밀폐 소통되도록 유지된다. 또한, 보울 개구(76) 및 고체 우회 밸브(90)의 계면은 그 사이에 배치된 시일에 의해 밀봉될 수 있고, 이 시일은 PTFE 또는 TEFLON-계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소를 포함하며, 이에 의해 보울(10)로부터 펌프되는 고체는 주위의 환경과 접촉에 의해 오염되지 않을 것이다. 또한, 밀봉된 계면은 회수 동안 축적된 고체(70)가 소실되는 것을 막는다. As shown, the
보울(10)의 바닥부에서 개구(76)를 통해 푸쉬(push)되는 축적된 고체(70)는 고체 우회 밸브(90) 아래의 고체 우회 피스톤(102) 내부에 부분적으로 배치된 고체 통로(104)로 통과한다. 고체 통로(104)는 고체 배출구 포트(106)에 이르는 피스톤(102)의 최하단부를 넘어 연장한다. 상기에서 설명된 것처럼, 배출구 포트(106)를 위한 고체 배출구 포트 밸브(107)는 방출 이전에 개방되고, 이에 의해 펌프된 고체는 배출구 포트 및 밸브(106, 107)를 통과하여 분리기를 빠져나갈 수 있다. 고체 배출구 포트 및 밸브(106, 107)는 또한 펌프된 고체가 다른 프로세스로 또는 작동자에 의한 추가적인 조작 없이 저장 용기로 통과될 수 있도록 구성되고, 이는 오염의 기회 또는 가능성을 감소시킨다. The accumulated solid 70, which is pushed through the
피스톤(12)이 그 아래 방향의 스트로크의 최하단부 지점에 이르고 보울(10)에 대한 원뿔형 하단부(17)의 내부면에 대해 놓일 때 고체 방출이 완료된다. 축적된 고체(70)가 보울(10)로부터 방출된 이후, 피스톤(12)은 도 8에서 도시된 것처럼, 피스톤(12)의 하부 원뿔형부에 대해 작용하는 유체에 의해 거의 그 최상단 위치까지 되돌아간다. 예를 들면, 피스톤(12)의 상부 상에 작용하는 분리기의 상부(19)에서의 구동 포트(2)에 유입된 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체는, 피스톤이 수직축(41)을 따라 윗 방향으로 추진될 수 있기 전에 불연속 된다. 또한, 세정 포트(111)로부터 세정 통로(108)를 통해 분리기로 들어간 이후, 피스톤(12)의 하부 원뿔형부와 접촉하는 유체가 도 8에서 도시된다. 고체 배출구 포트 밸브(107)가 닫힐 때, 세정 포트(111)에 유입된 유체는 보울 개구(76)를 마침내 통과하고, 이에 의해 피스톤(12)을 윗 방향으로 추진한다. 또한, 분리기 보울(10)이 세정되거나 또는 그 자리에서 살균될 수 있고, 피스톤(12)은 윗 방향으로 이동하거나 또는 그 최상단 위치에 거의 도달한 이후이다. Solid release is complete when the
축적된 고체가 거의 분리기로부터 펌프된 이후, 고체 배출구 포트 밸브(107)는 개방 위치로부터 닫힌 위치로 변환된다. 배출구 포트 밸브(107)는 닫힌 위치에 남아 있고, 피스톤(12)은 작동의 다음 주입 사이클을 통해 윗 방향으로 추진된다. 또한, 도 8은 피스톤(12)의 하부 원뿔형부가 예를 들면 압축 가스 또는 유압액에 의해 접촉되기 이전에, 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)와 센트레이트 케이스(30)를 위한 분리 밸브(26)가 개방되어 있다는 것을 도시한다. 또한, 유체는 분리기의 상부(19)의 상부 포트(61)를 통해 더 이상 유입되지 않는다. 대신, 예를 들어 압 축 가스 또는 유압액과 같은 유체가 하부 포트(4)를 통해 분리기로 들어가고, 이에 의해 밸브(26)를 개방하기 위해 분리 밸브(26) 주위로 배치된 환형 부재(9)의 하부면과 마침내 접촉한다. 피스톤(12)의 윗 방향으로의 스트로크가 완료된 이후, 피스톤은 보울(10)의 내벽에 인접한 피스톤 시일(56) 사이의 마찰력에 의해 거의 최상부 위치에서 유지된다. After the accumulated solid is almost pumped from the separator, the solid
피스톤(12)이 윗방향으로 추진되면서, 고체 우회 피스톤(102)은 보울(10)의 바닥부의 개구(76)와 가스-밀폐 소통된 채 남아 있다. 가스-밀폐 소통은 액츄에이터 포트를 통해 유입된 유체 압력에 의해 이루어지고, 이는 고체 우회 피스톤(102) 주위로 배치된 환형 플랜지(110)의 하부면에 대해 작용한다. 예를 들면 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체가 제어 포트(113)에서 분리기로 들어가지만, 환형 플랜지(110)의 상부면 상에 작용하는 압력은 그 하부면에 대해 작용하는 압력보다 작을 것이고 이에 의해 가스-밀폐 소통을 유지시킨다. 또한, 제어 포트(113)는 환형 플랜지(110)의 상부면으로 유체를 유입시키지 않는 것이 바람직할 수 있고, 이에 의해 액츄에이터 포트(112)는 고체 우회 피스톤(102)의 이동을 완전히 제어할 것이다. As the
피스톤(12)이 그 최상부 위치에 거의 도달할 때, 고체 우회 밸브(90)는 고체 우회 피스톤(102)에 의한 이동에 반응하여 그 수직축(41)을 따라 아래 방향으로 이끌어지고, 이에 의해 잔여물 우회 밸브(92)는 회전축(6) 주위로 그 닫힌 위치로 회전될 수 있다. 잔여물 우회 밸브(92)는 잔여물 우회 밸브 액츄에이터(114)에 의해 닫힌 채 회전된다. 고체 우회 피스톤(102)은 액츄에이터 포트(112)에 이전에 가해 진 유체 압력을 감소시키거나 또는 불연속적으로 함에 의해 아래로 내려질 수 있다. 또한, 고체 우회 피스톤(102)의 이동은 제어 포트(113)를 통해 유입된 유체 압력에 의해 제어될 수도 있고, 이는 액츄에이터 포트(!12)와 함께 작용할 수 있다. 제어 포트(113)는 예를 들면 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체가 환형 플랜지(110)의 상부면과 접촉하게 한다. 이후 환형 플랜지(110)의 상부면에 대해 작용하는 압력이 그 하부면에 대해 작용하는 압력보다 클 때, 고체 우회 피스톤(102)은 아래 방향으로 추진된다. When the
도 9는 더욱 자세히 분리기의 하단부 영역(39)을 도시하고, 이 경우 잔여물 우회 밸브(92)는 그 닫힌 위치로 되돌아 간다. 도시되진 않았지만, 피스톤은 보울 내부에서 거의 그 최상부 위치로 되돌아 간다. 상기에서 설명된 것처럼, 피스톤은 보울의 내벽에 인접한 피스톤 시일 사이에서의 마찰력에 의해 그 최상부 위치에서 유지될 수 있다. 도 9에서 고체 우회 밸브(90)는 고체 우회 피스톤(102)에 의해 잔여물 우회 밸브(92)의 하부면에 대해 윗 방향으로 유지된다. 도시된 것처럼, 예를 들어 액츄에이터 포트(!12)를 통해 유입된 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체는 우회 피스톤(102) 주위로 배치된 환형 플랜지(110)의 하부면에 대해 작용하고, 이에 의해 수직축(41)을 따라 윗 방향으로 추진한다. 고체 방출 모드가 완료된 이후, 고체는 피스톤(102)의 고체 통로(104)에 남아 있을 수 있다. 남아 있는 고체를 제거하기 위해, 예를 들면 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체가 세정 통로(108)의 세정 포트(111)를 통해 유입되고, 고체 배출구 포트 밸브(107)는 개방된다. 9 shows in more detail the
세정 통로(108) 및 세정 포트(111)는 고체 우회 피스톤(102)의 최하단부를 넘어 연장하고, 세정 통로는 피스톤(102)의 내부에서 부분적으로 배치된다. 또한, 세정 통로(108)는 피스톤(102)의 고체 통로(104)와 그 최상부에서 소통한다. 이 소통은 세정 포트(111)에 유입된 유체가 세정 통로(108)를 통해 고체 통로(104)로 통과하는 것을 가능하게 한다. 고체 배출구 포트 밸브(107)가 개방된 때, 유체는 통로(104)에 남아 있는 고체를 고체 배출구 포트(106)를 향해 푸쉬한다. 상기에서 설명된 것처럼, 고체 배출구 포트 밸브(107)가 닫힌 때, 세정 통로(108) 및 포트(108)는 피스톤(12)을 축방향으로 위로 추진하고 작동의 다음 주입 사이클을 위해 거의 최상부 위치로 되돌아 가도록 작동한다. The
도시된 것처럼, 고체 통로(104)는 고체 배출구 포트(106)와 소통하고, 이에 의해 통로(104)에 남아 있는 고체는 고체 배출구 포트 밸브(107)를 통과함에 의해 분리기를 빠져나갈 수 있다. 고체 배출구 포트(106)는 예를 들어 작동자에 의한 것과 같은 추가적인 조작 없이 저장 용기 또는 다른 프로세스로 회수된 고체를 통과시킬 수 있다. 또한, 세정 통로(108) 및 포트(111)는 고체 통로(104)와 고체 배출구 포트(106) 및 밸브(107)를 세정하고 살균하는데 이용될 수 있다. 이러한 그 자리에서의 세정 또는 그 자리에서의 살균 프로세스는 다음 사이클의 작동을 위해 원심분리기를 준비하는데 있어서 편리하다. 또한, 이러한 프로세스는 고체 회수 수율을 증가시키고 오염에 대한 가능성 또는 기회를 감소시킬 수 있다. As shown, the
도 10은 작동의 주입 모드 동안 상세하게 분리기의 상부(19)를 도시하고, 이 경우 분리 밸브(26)는 개방 위치에 있다. 주입 모드에서, 상기에서 설명된 것처 럼, 피스톤(12)은 보울(10)의 내벽에 인접한 피스톤 시일(56) 사이의 마찰력뿐만 아니라 주입 액체로부터의 유체 압력에 의해 그 최상부 위치에서 유지된다. 도시된 것처럼, 분리 밸브(26)는 수직축(41)을 따라 각각 윗 방향으로 또는 아래 방향으로 이동에 의해 개방되거나 또는 닫히도록 추진될 수 있다. 분리 밸브(26)는 밸브(26) 주위로 배치된 환형 부재(9)의 하부면에 대해 작용하는 예를 들어 압축 가스 또는 유압액에 의해 윗 방향으로 추진된다. 압축 가스 또는 유압액은 하부 포트(4)를 통해 환형 부재(9)의 하부면으로 제공된다. 10 shows the
또한, 도 10은 센트레이트 밸브(34)를 위한 광학 시일(140)을 도시하고 피스톤(12)을 위한 시일(145)을 도시한다. 바람직하게, 시일(145)은 정해진 액체가 분리기 보울(10)의 내부면 및 피스톤(12) 사이에서 유동하는 것을 막을 수 있다. 상기에서 설명된 것처럼, 시일(140)은 고체 방출 모드에서 피스톤(12)의 아래 방향으로의 이동 동안 센트레이트 케이스(30)로 고체가 들어가는 것을 막도록 이용될 수 있다. 시일(145)은 피스톤(12) 위의 보울(10)이 가압된 채로 되어 남아 있을 수 있도록 하고, 이에 의해 피스톤은 고체 방출 모드 동안 유체 압력에 의해 아래 방향으로 효과적으로 추진될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명의 실시예 중 어느 하나에서 이용될 수 있는 추가적인 시일을 이용할 수 있다. 10 also shows an
플랜지(51)로부터 분리된 분리 밸브(26)가 도 10에서 도시되고, 이에 의해 피스톤(12) 및 보울(10)은 상당한 기계적 마멸 없이 자유롭게 회전할 수 있다. 분리 밸브가 개방 위치에 있는 경우, 센트레이트(70)는 센트레이트 방출 개구(74)를 통과함에 의해 센트레이트 케이스(30)로 들어가게 된다. 센트레이트(70)는 주입 모드에서 개방 위치에서 유지되는 센트레이트 배출구 포트 밸브(33) 및 센트레이트 배출구 포트(32)를 통과한 이후 분리기를 마침내 빠져나간다. 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 수동식으로 또는 자동 밸브 제어에 의해 개방될 수 있다. A
도 11은 작동의 고체 방출 모드 동안 더욱 상세하게 분리기의 상부(19)를 도시한다. 도시된 것처럼, 분리 밸브(26)는 수직축(41)을 따라 개별적으로 윗 방향으로 또는 아래 방향으로 이동에 의해 개방되거나 또는 닫히도록 추진될 수 있다. 분리 밸브(26)는 밸브(26) 주위로 배치된 환형 부재(9)의 상부면에 대해 작용하는 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 유체에 의해 아래 방향으로 추진된다. 이 유체는 상부 포트(61)를 통해 환형 부재(9)의 상부면으로 제공된다. 고체 방출 모드 이전에, 환형 부재(9)의 하부면으로 유입된 유체는 불연속적인 것이 바람직하고, 분리 밸브(26)를 개방된 채로 유지시킨다. 또한, 보울(10) 및 피스톤(12)은 더 이상 회전하지 않고, 이에 의해 이후 분리 밸브(26)는 플랜지(51)에 대해 놓일 수 있다. 11 shows the top 19 of the separator in more detail during the solid release mode of operation. As shown, the
상기에서 설명된 것처럼, 분리 밸브(26)는 플랜지(51)에 접촉하고 센트레이트 배출구 포트 밸브(33)는 닫혀 있으며, 그 안에 배치된 피스톤(12)의 상부 위의 보울(10)의 섹션 및 센트레이트 케이스(30)는 가압될 수 있다. 피스톤(12)의 상부 위의 보울(10)의 섹션 및 센트레이트 케이스(30)의 가압이 일어나고, 예를 들어 압축 가스 또는 유압액과 같은 액체가 구동 포트(2)에서 분리기로 유입된다. 밸브(26) 및 플랜지(51) 사이의 가스-밀폐 일치에 의해 유체는 센트레이트 케이스(30) 또는 보울(10)을 빠져나가지 않는다. 또한, 얘를 들어 PTFE 또는 TEFLON- 계(E. I. du Pont de Nemours and Company, 1007 마켓 스트리트, 윌밍턴, 델라웨어 19898) 탄성체 물질과 같은 구성요소로 만들어진 시일이 플랜지(51)와의 계면을 밀봉하기 위해 밸브(26) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 밸브(26)와 연관된 시일과 같은 것은 정해진 액체가 분리기 하우징(13)을 통과하지 못하게 할 수 있다. As described above, the
피스톤(12) 위의 보울(10)의 섹션 및 센트레이트 케이스(30)가 가압될 때, 분리 밸브(26)는 플랜지(51)에 대해 닫힌 채 유지된다. 피스톤(12)의 상부 위의 보울(10)의 섹션 및 센트레이트 케이스(30)의 가압은 마침내 그 하부 원뿔형부 미만 보다 피스톤(12) 위에 큰 압력을 제공한다. 유체가 피스톤의 상부와 접촉할 때 압력차는 피스톤(12)이 그 수직축(14)을 따라 아래 방향으로 추진되도록 한다. 도 7에서 도시되고 상기에서 설명된 것처럼, 피스톤(12)의 아래 방향으로의 축방향 이동은 원뿔형 하단부(17)에서의 개구(76)를 통해 보울(10)의 내벽을 따라 축적된 고체(72)를 푸쉬한다. When the section of the
이하의 표는 상기에서 설명된 본 발명의 다양한 실시예에 대한 작동 모드를 더욱 자세하게 설명하고 특징을 나타내도록 제시된다. 표 I은 예시로서 도 1의 분리기에 대한 작동의 주입 및 고체 방출 모드 동안 분리 밸브(26), 센트레이트 밸브(34), 센트레이트 배출구 포트 밸브(33), 고체 배출구 포트 밸브(107), 고체 우회 밸브(90) 및 잔여물 우회 밸브(92)의 위치 또는 구성을 제공한다. 표 I은 또한 예시로서 센트레이트가 보울로부터 배수되고, 피스톤이 고체 방출을 따르는 거의 최상부 위치로 되돌아 갈 때 그리고 도 1의 분리기가 그 자리에서 세정 또는 살균 될 때 도 1의 분리기의 각각의 밸브의 위치 또는 구성을 제공한다. 밸브(26, 34, 33, 107, 90, 92)는 도 1에 의해 분리기에서 각각 도시된다. 표 I은 본 발명의 특별한 실시예 또는 개시 내용의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. The following table is presented to further illustrate and characterize the modes of operation for the various embodiments of the invention described above. Table I shows, by way of example, the
표 ITable I
통합된 integrated APDAPD 원심분리 및 교차 유동( Centrifugation and cross-flow ( CrossCross -- flowflow ) 미세 여과 시스템A) fine filtration system
독립 시스템으로서 작동할 때, 교차 유동 미세필터는, 고체의 농도가 너무 높아서 필터 멤브레인이 더러워질 때까지, 계속하여 고체를 잔류물 유동(retentate flow)으로 집중시키고, 여과액 유동(filtrate flow)을 감소시킨다. APD 원심분리기에 추가하여, 고체는 매우 농축된 상태로 잔류물 유동으로부터 연속적으로 제거되고, 잔류물 고체 농도는 여과액 유동이 감소되지 않을 정도로 충분히 낮게 유지된다. When operating as a standalone system, the cross-flow microfilter continues to concentrate the solids into a retentate flow until the concentration of the solids is so high that the filter membrane becomes dirty, and the filtrate flow is maintained. Decrease. In addition to the APD centrifuge, the solids are continuously removed from the residue flow in a highly concentrated state, and the residue solid concentration is kept low enough that the filtrate flow is not reduced.
도 12에는 통합된 미세 여과 및 APD 원심분리를 위한 시스템의 일 실시예의 개략도가 도시된다. 고체 함유 부유물(207)은 탱크(202)로 주입되고 이후 미세 다공성 멤브레인 필터로 펌프된다(203). 부유물 유동에서의 고체 농도는 부유물 펌프(203)를 제어하는데 이용되는 탁도계(turbidity meter) 또는 밀도계(204)를 이용하여 직접 감지함에 의해 제어될 수 있거나 또는 유동 또는 여과 배출구 압력(205)으로부터 추론될 수 있다. 이 정보는 예를 들어 잔류물(236)을 주입(230)으로서의 밸브(235)에 의해 잔류물을 APD 원심분리기(210)로 우회시킬 것인지 또는 미세필터(201)로 되돌릴 것인지 결정하는데 이용될 수 있다. 또한, 이 정보는 포지티브 변위(positive displacement) 변속 펌프(234)를 통해 주입 속도를 제어하는데 이용될 수 있고, 이는 제어된 고체 제거를 초래한다. 또한, 탁도계 또는 밀도계(220)는 APD 보울이 고체로 가득 차 있는 때를 나타내고 고체 방출(104)을 야기할 필요를 신호하기 위해 APD 원심분리기(210)의 센트레이트 출력 상에 설치될 수 있다. 또한, 센트레이트의 탁도 또는 밀도는 센트레이트 펌프(222)를 제어하는데 이용될 수 있고, 시스템으로부터 센트레이트를 방출할 것인지(228) 또는 밸브(223)에 의해 잔류물 탱크(202)로 센트레이트를 되돌릴 것인지(224)를 결정하는데 이용될 수 있다. 12 shows a schematic of one embodiment of a system for integrated microfiltration and APD centrifugation. Solid-containing
APD 원심 분리 및 미세여과를 통합한 시스템의 이용은 다수의 장점을 갖는다. 잔류물 라인에는 고체의 초과 농도가 없기 때문에, 미세필터는 최적의 조건 하에서 작동한다. 고체 부착물(fouling)이 적고, 필터를 가로지르는 유속은 비교적 일정하게 유지될 수 있다. APD 원심분리기는 주입 흐름이 더욱 농축적이기 때문에 미세 여과가 이용되지 않는 경우보다 더 작은 크기일 수 있다. APD 원심분리 기는 미세 여과 동안 고체 제거를 위해 이용될 수 있는 다른 소자보다 건조한 고체 방출을 전달할 것이다. 따라서, 장비의 모든 부품은 최적으로 작동하고 자본 비용이 감소된다. APD에 의한 연속적인 고체 제거는 통합 시스템의 연속적인 작동을 초래한다. 고체의 더 적은 더럽혀짐이 잔류물에서의 낮은 고체 농도에 의해 잔류물 유동에서 일어날 것이다. 마지막으로, 잔류물/주입 탱크는 고체 제거를 위한 APD 원심분리기 없이 작동되는 미세여과 시스템과 비교할 때 약 10배 만큼 작을 수 있다. The use of a system incorporating APD centrifugation and microfiltration has a number of advantages. Since there is no excess concentration of solids in the residue line, the microfilter operates under optimal conditions. There is less solid fouling, and the flow rate across the filter can be kept relatively constant. APD centrifuges may be smaller in size than when no microfiltration is used because the injection flow is more concentrated. The APD centrifuge will deliver a dry solid release than other devices that can be used for solid removal during microfiltration. Thus, all parts of the equipment operate optimally and the capital cost is reduced. Continuous solid removal by APD results in continuous operation of the integrated system. Less fouling of the solid will occur in the residue flow due to the low solids concentration in the residue. Finally, the residue / injection tank can be as small as about 10 times as compared to a microfiltration system operated without an APD centrifuge for solids removal.
미세여과와 함께 이용되는 APD 원심분리기는 "원심분리기를 위한 가스 구동 고체 방출 및 펌핑 피스톤"이라는 명칭으로 2005년 9월 1일 출원된 미국 특허출원 제 11/218,280호에서 설명된 형태가 바람직하다. 다른 원심분리기 시스템이 이용될 수도 있는데, 이는 이하의 특허 및 특허 출원에서 설명된 시스템을 포함한다: "고체의 자동 제거를 위한 축방향으로 이동 가능한 스크레이핑 어셈블리를 갖는 원심분리기"라는 명칭의 미국 특허 제 6,632,166호; "스크레이퍼 또는 피스톤을 이용하여 고체 방출과 함께 액체 및 고체의 원심 분리를 위한 자동 튜브-보울 원심분리기"라는 명칭의 미국 특허 제 6,776,752호; "피스톤 또는 스크레이퍼를 이용하여 고체 방출과 함께 액체 및 고체의 분리를 위한 원심분리기"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/874,150호; "원뿔형 피스톤 고체 방출 원심분리기"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/823,844호; 및 "원뿔형 피스톤 고체 방출 및 펌핑 원심분리기"라는 명칭의 미국 특허 출원 제 10/973,949호. 이 모두는 여기서 참조로 인용된다. APD centrifuges used with microfiltration are preferably in the form described in US patent application Ser. No. 11 / 218,280, filed Sep. 1, 2005, entitled “Gas Driven Solid Emission and Pumping Piston for Centrifuge”. Other centrifuge systems may also be used, including the systems described in the following patents and patent applications: a US centrifuge with the name "centrifuge with an axially movable scraping assembly for automatic removal of solids". Patent 6,632,166; US Pat. No. 6,776,752, entitled “Automated Tube-Bowl Centrifuge for Centrifugation of Liquids and Solids with Solid Release Using a Scraper or Piston; US Patent Application No. 10 / 874,150 entitled "Centrifuge for Separation of Liquids and Solids with Solid Release Using Pistons or Scrapers"; US Patent Application No. 10 / 823,844 entitled "Conical Piston Solid Discharge Centrifuge"; And US patent application Ser. No. 10 / 973,949 entitled "Conical Piston Solid Discharge and Pumping Centrifuge". All of these are incorporated herein by reference.
'280 출원에서, 실린더 형태의 보울 원심분리기가 도시되고, 이는 하나의 부 품으로 된 가스 구동 피스톤을 갖는다. 피스톤 헤드는 주입 액체 유입 및 원심 분리 동안 실린더의 상부에 위치한다. 보울 회전의 중단 및 분리 이후, 가스 압력은 보울을 통해 피스톤 헤드를 아래 방향으로 이동시키는데 이용되고, 이에 의해 보울의 앞으로 그리고 보울로부터 밖으로 축적된 고체를 푸쉬한다. In the '280 application, a bowl-type centrifuge in the form of a cylinder is shown, which has a one-part gas driven piston. The piston head is located on top of the cylinder during injection liquid inlet and centrifugation. After interruption and separation of the bowl rotation, gas pressure is used to move the piston head downward through the bowl, thereby pushing solids accumulated in front of and out of the bowl.
APD 원심분리 및 미세 여과를 위한 시스템은 단일 하우징에 통합될 수 있다. 예를 들면, 미세 필터는 APD 원심분리기의 보울로 통합될 수 있고, 이에 의해 피스톤 돌출은 미세 여과 멤브레인의 존재를 수용한다. 이 실시예를 위해, '280 출원의 단일 피스톤이 주변의 외부 피스톤 및 내부 피스톤으로 대체될 수 있다. 도 13은 미세 필터를 포함하는 APD 원심분리기의 실시예를 도시한다. 이 장치는 고체 방출 사이클의 시작에서 도시된 것이다. 실린더 형태의 보울(10)은 구동 모터(16)가 정지부로 브레이크 될 때 느려진다. 고체(70)는 보울의 내벽 상에 축적된다. 주입 포트(96)는 닫히고, 잔류물 액체(132)는 잔류물 액체 포트(100)를 통해 보울로부터 배수된다. 실린더 형태의 미세 다공성 멤브레인(180)은 보울 내부에 위치한다. 멤르베인 내부에 실린더 형태의 고무 다이어프램(diaphragm; 190)이 있다. 또한, 외부 고체 방출 피스톤으로서 지칭되는 외부 피스톤(12a)은 실린더 형태이고, 아래 그리고 내부로의 경사를 갖는 하부면을 갖는다. 내부 피스톤(12b)은 중공형 샤프트(12c)의 단부에 배치되고, 이 중공형 샤프트는 실린더 형태의 보울의 대칭축을 따라 연장한다. 내부 피스톤은 실린더부 그리고 거의 원뿔형부로 이루어진 합성 구조물이다. 내부 피스톤의 하단부는 아래 방향으로 향하는 오목한 함몰부를 갖는다. The system for APD centrifugation and microfiltration can be integrated into a single housing. For example, the micro filter can be integrated into the bowl of an APD centrifuge whereby the piston protrusions accommodate the presence of the micro filtration membrane. For this embodiment, a single piston of the '280 application can be replaced with a peripheral outer piston and inner piston. 13 shows an embodiment of an APD centrifuge comprising a fine filter. This device is shown at the start of a solid release cycle. The
내부 피스톤 샤프트의 상단부에서, 외부로 돌출하는 원형 플랜지는 플랜지 바로 아래에서 샤프트의 상단부 주위로 배치된 스프링과 충돌하도록 이루어진 하부면을 갖는다. 또한, 샤프트 상단부에 위로 돌출하는 실린더 형태의 부재가 제공되고, 이 부재는 그 주위로 배치된 원형 시일을 갖는다. 위로 돌출하는 실린더 형태의 부재는 샤프트의 중공형 내부와 소통하는 중공형 내부를 갖는다. 샤프트는 이하에서 설명될 것처럼, 제한된 수직 이동을 하도록 이루어진다. At the upper end of the inner piston shaft, the outwardly circular circular flange has a lower surface adapted to collide with a spring disposed about the upper end of the shaft just below the flange. Also provided is a member in the form of a cylinder that projects upwards on the shaft upper end, which member has a circular seal disposed around it. The upwardly cylindrical member has a hollow interior in communication with the hollow interior of the shaft. The shaft is made for limited vertical movement, as will be explained below.
유체-밀폐 관계의 선택적으로 맞도록 치수를 가진 수직으로 이동 가능한 압력 커플링(coupling)이 수직 샤프트 위에 있고, 이는 위로 돌출하는 샤프트의 실린더 형태의 부재를 구비한다. 또한, 샤프트 상단부에는 위로 돌출하는 실린더 형태의 부재가 제공되고, 이 부재는 그 주위로 배치된 환형 시일을 갖는다. 이 커플링의 상단부의 포트는 가압된 가스 소스로의 연결을 가능하게 한다. 커플링 상에 제공된 주변 플랜지는 시스템 하우징 내에 배치되고, 커플링 플랜지 소자의 위로 또는 아래로의 가압된 가스의 유입은 각각 아래로 또는 위로 커플링을 구동한다. Vertically movable pressure couplings dimensioned to selectively fit the fluid-sealing relationship are above the vertical shaft, which has a cylindrical member of the shaft protruding upwards. The shaft upper end is also provided with a member in the form of a cylinder which projects upward, which member has an annular seal disposed around it. The port at the top of this coupling enables the connection to a pressurized gas source. A peripheral flange provided on the coupling is disposed in the system housing, and the inflow of pressurized gas up or down the coupling flange element drives the coupling down or up, respectively.
커플링의 하부 주위에는 내부 피스톤 액츄에이터가 제공된다. 커플링과 유사하게, 액츄에이터 플랜지 위로 또는 아래로 가압된 가스의 유입을 위한 포트를 갖는 개별적인 하우징에 배치된 주변 플랜지가 액츄에이터에 제공되고, 이에 의해 각각 액츄에이터를 아래로 또는 위로 구동시킨다. 아래로 구동될 때, 액츄에이터는 샤프트의 상단부로 프레스하고, 이에 의해 실린더 형태의 보울의 하단부로 그리고 궁극적으로 이에 대해 아래로 내부 피스톤을 구동시키고, 이는 또한 낮은 전단 원뿔형 주입 가속기로서 지칭된다. 샤프트의 상단부에 위치한 스프링의 하단부는 보울 하우징의 숄더부(shoulder portion)에 대해 프레스하고, 이에 의해 상부 위치에서 샤프트를 편향시킨다. 원뿔형 주입 가속기 및 내부 피스톤의 하부면은 상보적인 형태를 가지고, 이에 의해 내부 피스톤이 아래 방향으로 구동될 때 그 사이에 배치된 고체는 하부 출구 포트로 압착되어 나간다. An inner piston actuator is provided around the bottom of the coupling. Similar to the coupling, a peripheral flange disposed in a separate housing having a port for the introduction of pressurized gas above or below the actuator flange is provided to the actuator, thereby driving the actuator down or up, respectively. When driven down, the actuator presses into the upper end of the shaft, thereby driving the inner piston down to and ultimately down against the cylindrical shaped bowl, which is also referred to as a low shear conical injection accelerator. The lower end of the spring located at the upper end of the shaft presses against the shoulder portion of the bowl housing, thereby deflecting the shaft in the upper position. The conical injection accelerator and the lower surface of the inner piston have a complementary shape, whereby the solids disposed therebetween are compressed into the lower outlet port when the inner piston is driven downward.
실린더 형태의 보울 내부에서, 샤프트 주변에 관 형태의 고무 다이어프램(190)이 있다. 다이어프램의 상단부 및 하단부는 보울에 고정된다. 샤프트에 형성된 포트는 커플링의 프토에서 유입된 가압된 가스가 다이어프램을 팽창시키는 것을 가능하게 하고, 이는 이후 설명될 것이다. Inside the cylindrical bowl, there is a
예를 들어 세라믹 또는 소결된 금속으로 형성된 실린더 형태의 미세 여과 멤브레인(180)은 고무 다이어프램 주위에 배치되고, 상단부 및 하단부에서 실린더 형태의 보울에 고정된다. 다이어프램이 가압된 가스에 의해 팽창되지 않을 때 실린더 형태의 내부 에어갭이 멤브레인 및 다이어프램 사이에 존재한다. For example, a
실린더 형태의 외부 에어갭은 실린더 형태의 보울의 내부면 및 멤브레인의 외부면 사이에 형성된다. 이러한 외부 에어갭에서, 외부 피스톤은 고체 부착을 따라서 이동한다. 외부 에어갭의 바닥부를 형성하는 실린더 형태의 보울의 하단부는 내부로 캔트된(canted) 외부 피스톤의 하부면과 동일한 형태를 갖고, 이에 의해 이하에서 설명되는 것처럼 외부 피스톤이 아래 방향으로 구동된다면 외부 에어갭에 축적된 고체의 완전한 분출을 가능하게 한다. An outer air gap in the form of a cylinder is formed between the inner surface of the bowl in the form of a cylinder and the outer surface of the membrane. In this outer air gap, the outer piston moves along the solid attachment. The lower end of the cylindrical bowl, which forms the bottom of the outer air gap, has the same shape as the lower surface of the outer piston that is canted therein, so that if the outer piston is driven downward as described below, the outer air It allows the complete ejection of solids accumulated in the gap.
다수의 도관은 멤브레인 아래로 그리고 내부 피스톤 위로 내부 및 외부 에어갭 사이에서 형성되고, 이에 의해 분리 이후 보울로부터 잔류물 액체의 배수를 가 능하게 한다. 유사하게, 다수의 도관이 하부 전단 원뿔형 주입 가속기 위의 구역 및 외부 에어갭 사이에 형성되어 액체가 주입 액체 유입 동안 외부 에어갭으로 통과하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해 분리 이후 잔류물 액체가 배수되는 것을 가능하게 하며, 고체가 외부 피스톤에 의해 보울로부터 밖으로 힘을 받는 것을 가능하게 하고, 상부 위치로 외부 피스톤을 구동하기 위해 가압 가스가 보울의 하단부에 유입되는 것을 가능하게 한다. Multiple conduits are formed between the inner and outer air gaps below the membrane and above the inner piston, thereby allowing drainage of residue liquid from the bowl after separation. Similarly, a number of conduits are formed between the area above the lower shear conical injection accelerator and the external air gap to allow liquid to pass into the external air gap during injection liquid inflow, thereby draining the residue liquid after separation. It enables the solids to be forced out of the bowl by the outer piston and to enable pressurized gas to enter the lower end of the bowl to drive the outer piston to the upper position.
실린더 형태의 보울의 상단부에는 원형으로 배열된 도관의 두 세트가 제공된다. 도관의 가장 바깥 세트로부터 방사상으로 외부로 그리고 이에 인접하여 센트레이트 케이스 분리 밸브가 있다. 이 밸브는 주변 플랜지를 가지고, 그 양 측부 상에 개방 및 닫힌 위치 사이에서 센트레이트 밸브를 이동시키기 위한 압력차가 생성될 수 있다. 여기서, 개방의 의미는 하우징 및 실린더 형태의 보울 외부면 사이에 에어갭이 없고 실린더 형태의 보울 위의 정해진 액체 케이스 또는 센트레이트 사이에 배리어가 없음을 의미한다. 닫힌 위치에서, 센트레이트 밸브는 이러한 영역 사이에서 가스-밀폐 배리어를 생성한다. 보울 회전 동안, 센트레이트 밸브는 개방 위치에서 유지되고, 이에 의해 밸브 및 보울 사이에서의 충돌을 피한다. 개방 및 닫힌 위치 사이의 이동은 하우징의 외부에 형성된 분리 피스톤 제어 포트로 가압된 가스를 선택적으로 유입시킴에 의해 이루어진다. The upper end of the cylindrical bowl is provided with two sets of conduits arranged in a circle. There is a central case disconnect valve radially outward and adjacent from the outermost set of conduits. The valve has a peripheral flange and a pressure difference can be created for moving the centrifugal valve between the open and closed positions on both sides thereof. Here, open means that there is no air gap between the housing and the outer surface of the bowl in the form of a cylinder and there is no barrier between a defined liquid case or centrate on the bowl in the form of a cylinder. In the closed position, the central valve creates a gas-tight barrier between these areas. During bowl rotation, the central valve is held in the open position, thereby avoiding collision between the valve and the bowl. Movement between the open and closed positions is made by selectively introducing pressurized gas into a separate piston control port formed outside of the housing.
또한, 도관은 그 자체로 센트레이트 케이스 분리 밸브를 통해 형성된다. 보울 배향에 따라, 이러한 도관 중 적어도 하나가 하우징 외부면 상에 형성된 고체 방출 피스톤 가스 공급 포트와 정렬되고, 고체 방출 피스톤 가스 공급 포트로 가해 진 가압된 가스는 외부 피스톤을 아래 방향으로 힘을 가하기 위해 보울 상단부 가장 바깥 도관 및 센트레이트 케이스 분리 밸브 도관을 통과한다. In addition, the conduit itself is formed via a centralized case isolation valve. Depending on the bowl orientation, at least one of these conduits is aligned with the solid discharge piston gas supply port formed on the outer surface of the housing, and the pressurized gas applied to the solid discharge piston gas supply port to force the outer piston downwards. The upper end of the bowl passes through the outermost conduit and the central case isolation valve conduit.
보울 상단부에 형성된 도관의 가장 안쪽 세트는 미세 여과 멤브레인 및 관형 고무 다이어프램 사이의 내부 에어갭을 정해진 액체 또는 센트레이트 케이스와 연결시킨다. 이하에서 설명되는 것처럼, 최초 분리 동안, 이러한 가장 안쪽 도관은 정해진 액체가 실린더 형태의 보울의 위로 그리고 바깥으로의, 센트레이트 케이스 안으로의 그리고 센트레이트 포트의 외부로 프로세스하는 것을 가능하게 한다. The innermost set of conduits formed at the top of the bowl connect the inner air gap between the microfiltration membrane and the tubular rubber diaphragm with a defined liquid or centrate case. As described below, during the initial separation, this innermost conduit enables the defined liquid to process up and out of the cylindrical shaped bowl, into and out of the centrifugal port.
실린더 형태의 보울의 하단부에는 고체 밸브(91)가 제공된다. 실린더 형태의 보울의 회전축에 수직인 회전축 주위로의 그 배향에 따라, 고체 밸브는 개방 및 닫힌 위치를 갖는다. 도 13-14 그리고 17은 닫힌 위치의 고체 밸브를 도시하고, 도 15-16은 개방 위치로 회전축 주위로 90도 회전된(보는 사람으로부터 멀리) 고체 밸브를 도시한다. 고체 밸브 액츄에이터(96) 및 연관된 결합(linkage)은 이러한 밸브의 위치시킴을 제어한다. 액츄에이터는 공압식 또는 유압식일 수 있다. At the lower end of the cylindrical bowl is provided a
보울 하부 범위와 기계적 소통하도록 고체 밸브 피스톤을 선택적으로 위키시키는 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 갖는 피스톤이 고체 밸브 내부에 배치된다. 주변으로 배치된 플랜지는 플랜지의 대향부 상에서 가스 압력 차이가 피스톤 위치를 제어하는 것을 가능하게 한다. 고체 밸브 상에 형성된 두 개의 포트는 이러한 압력 차이의 형성을 가능하게 한다. 고체 밸브로 실린더 형태의 보울 하우징의 하단부를 밀봉하기 위해, 원형의 팽창 가능한 외부 고체 밸브 시일(93)이 제공된다. 하우징 외부 상에 형성된 포트는 가압된 가스 소스(195)를 선택적 팽창을 위한 이 러한 시일에 연결시킨다. A piston with a
또한, 주입 액체 도관이 고체 밸브 내부에 형성된다. 이 도관은 고체 밸브 외부 상에 포트(155)를 가지고 고체 밸브 피스톤의 하부 범위 아래에서 끝난다. 내부 고체 방출 피스톤의 오목한 하부 범위와 피스톤의 중공형 내부는 184로서 도 14에서 도시된 것처럼 반지름(R1)의 주입 입구 풀(pool)을 형성하도록 형상화된다. In addition, an injection liquid conduit is formed inside the solid valve. This conduit has a
잔여물 액체 배수관(100으로서 도 13에서 도시됨)는 고체 밸브의 주입 액체 도관 및 피스톤 액츄에이터 제어 경로에 대향하여 있고, 이 배수관은 폐기물에 연결될 수 있거나 또는 배수된 액체를 재활용하거나 또는 회수하기 위한 시스템에 연결될 수 있다. The residue liquid drain pipe (shown in FIG. 13 as 100) is opposed to the injection liquid conduit and the piston actuator control path of the solid valve, which drain pipe can be connected to the waste or a system for recycling or recovering the drained liquid. Can be connected to.
도 14는 주입 모드에서 도 13의 실시예를 도시한다. 내부 피스톤(12b)은 스프링 바이어싱(biasing)에 의해 그 상부 위치에서 유지된다. 외부 피스톤(12a)은 분리되는 유입된 주입 액체에 의해 가해진 마찰 및 압력을 통해 그 상부 위치에서 유지된다. 센트레이트 케이스 분리 피스톤(194)은 그 개방 위치로 높여지고, 센트레이트(73)는 중력 하에서 밖으로 유동한다. 고체 밸브 내부에서, 피스톤 수축 액츄에이터(52)가 보울의 하부 범위로부터 멀리 아래로 구동된다. 모터(16)는 고속으로 구동되고, 따라서 보울(10)의 빠른 회전을 초래한다. 14 shows the embodiment of FIG. 13 in an injection mode. The
고체 밸브(91)를 통해 유입된 주입 액체(155)는 고체 밸브 피스톤을 빠져나갈 때 제트(jet; 154)를 형성한다. 이 제트는 하부 전단 주입 가속기의 원뿔형 표면(17)에 대해 반지름(R1)의 입구 풀(184)을 형성하고 내부 피스톤의 오목한 하부 면을 때린다. 이후, 주입 액체는 외부 에어갭으로 도관을 통과한다. 고체(70)는 보울 내벽에 대해 수집된다. 여과된 센트레이트(182)는 멤브레인을 통과하여 보울 내부 지름을 향한다. 에어 또는 유압(195)은 피스톤 수축 액츄에이터(52)를 아래로 유지시키고 고체 밸브 시일을 팽창된 채로(93) 유지시킨다. The
관형 고무 다이어프램(190)은 원심력의 작용에 의해 외부로 힘을 받고, 센트레이트 출구 포트 반지름(R2)(185)은 주입 풀 반지름(R1)(184)보다 크기 때문에 여과된 센트레이트(182)는 멤브레인으로부터 멀리 푸쉬된다. The
주입 모드 이후, 배수 모드가 개시된다. 여기서, 보울 회전이 멈추고, 이에 의해 잔류물 액체가 내부 및 외부 에어갭으로부터, 보울 내부 범위를 통해, 밀봉된 고체 밸브 위의 구역으로, 그리고 잔류물 액체 배수 포트를 통해 배수되는 것을 가능하게 한다. 주입 액체 압력은 잔류물 액체가 고체 밸브 피스톤 및 주입 액체 경로로 통과하는 것을 막도록 유지되는 것이 바람직하다. 수집된 고체는 보울 외부벽에 남아 있다. After the injection mode, the drainage mode is started. Here, the bowl rotation stops, thereby allowing the residue liquid to be drained from the inner and outer air gaps, through the bowl inner range, to the area above the sealed solid valve, and through the residue liquid drain port. The injection liquid pressure is preferably maintained to prevent the residue liquid from passing through the solid valve piston and the injection liquid path. The collected solids remain on the outer wall of the bowl.
방출 모드는 도 15 및 16에서 도시된다. 도 15에서, 에어 또는 유압(195)이 내부 피스톤 샤프트 위의 실린더 형태의 부재와 가스-밀폐 소통되도록 수직으로 이동 가능한 압력 커플링을 아래로 구동시키는데 이용된다. 가압된 가스(195)는 센트레이트 케이스 분리 밸브를 닫는데도 이용된다. 고체 방출 밸브 시일(93)은 수축되고, 고체 방출 밸브 피스톤은 수축되며, 고체 방출 밸브(91) 그 자체는 그 개방 위치로 회전된다. 압력 커플링에 가해진 가압 가스는 고무 다이어프램 및 샤프트 사이의 내부 에어갭 그리고 샤프트 내부의 가압을 초래하고, 이에 의해 다이어 프램(190)이 멤브레인 내부면과 접촉하도록 힘을 가한다. 이후, 이는 멤브레인을 밀봉하고, 이에 의해 밀봉이 외부 피스톤(12a)에 의해 벗겨질(scraped) 때 고체가 멤브레인 안으로 이동되는 것을 막는다. 이러한 벗겨짐은 가압 가스가 하우징 표면 상의 외부 고체 피스톤 압력 공급 포트로 유입될 때 일어난다. 이 가스는 분리 밸브도관을 통해, 실린더 형태의 보울 상단부에 형성된 가장 바깥 세트의 도관을 통해 유동하고, 이에 의해 외부 피스톤 위의 외부 에어갭으로 유동한다. 이 압력은 외부 피스톤을 아래로 구동시키고, 이는 축적된 고체가 내부 피스톤 아래의 구역 및 외부 에어갭을 연결시키는 도관을 통해 실린더 형태의 보울 내부면 그리고 멤브레인 외부면으로부터 벗겨져, 보울의 개구를 통해 압출되는(71) 것을 초래한다. The release mode is shown in FIGS. 15 and 16. In FIG. 15, air or
도 16에서, 외부 피스톤(12a) 아래의 모든 고체는 내부 피스톤(12b) 아래의 구역으로 또는 보울의 외부로 힘을 받는다. 내부 피스톤 아래의 구역 및 외부 에어갭 사이의 도관의 지름은 최소화되어 폐기물을 최소화한다. 가스 압력(195)은 수직으로 이동 가능한 압력 커플링 내부에서 내부 피스톤 액츄에이터를 이동시키는데 이용된다. 이 가스 압력은 내부 피스톤 아래의 구역에 축적된 고체의 저항 및 스프링 바이어스를 압도한다. 내부 피스톤이 아래 방향으로 구동될 때, 잔여 고체는 보울로부터 구동된다. 내부 피스톤의 하부 범위 상에 형성된 오목한 영역의 주변부는 잔여 압출된 고체(71)가 보울 개구로부터 절단되는 것을 가능하게 하는 치수를 갖는다. In FIG. 16 all solids below the
도 17에서 도시된 것처럼, 고체 우회 밸브(91)는 닫히고, 고체 밸브 시 일(93)은 팽창되며, 고체 방출 밸브 피스톤(52)은 고체 방출 이후 올려진다. 가스 압력(195)은 내부 피스톤 액츄에이터를 그 상부 위치로 되돌아 가게 하는데 하는데 이용되고, 이에 의해 내부 피스톤(12b)을 수축시킨다. 또한, 가스 압력은 고체 우회 밸브의 주입 포트로 유입된다. 또한, 이는 내부 피스톤에 위로 향하는 힘을 가하고 또한 외부 피스톤(12a)에 위로 향하는 힘을 가한다. 가스 압력(195)은 압력 커플링에 가해지고, 이에 의해 멤브레인의 내부면에 대해 팽창된 고무 다이어프램을 유지시킨다. As shown in FIG. 17, the
도 18, 19 및 20에서 도시된 것처럼, 주입 액체가 주입 액체 출구(즉, 실린더 형태의 보울 상단부에서 도관의 가장 안쪽 세트)를 향해 경로 상에서 멤브레인 구멍(183)을 통해 이동할 때 멤브레인의 부착물이 일어날 수 있다. 이 부착물은 멤브레인 외부면으로 주입 액체에 의해 운반되는 고체로부터 초래될 수 있고, 이는 멤브레인 상에 전체적인 또는 점액 같은(slime-like)(70a) 부착물 혹은 미립자(181)를 형성한다. 고속 회전 때문에, 미립자 또는 점액 같은 부착물은 마침내 충분한 질량을 갖게 되어 원심력 작용에 의해 멤브레인 외부면으로부터 바깥쪽으로 힘을 받게 된다. As shown in FIGS. 18, 19 and 20, attachment of the membrane occurs when the injection liquid moves through the
다양한 탄성적 및 비반응성 시일이 도면에서 도시되고 여기서는 자세히 설명되지 않는다. 반원형 베어링 및 베어링 하우징과 연관된 장점은 관련 특허 출원에서 설명된다. 도시된 것과 같은 시스템에서 이용되기 바람직한 물질은 '280 출원에서 설명된다. 미세여과 멤브레인은 소결 금속 또는 세라믹으로 제공되는 것이 바람직하다. Various elastic and non-reactive seals are shown in the drawings and are not described in detail herein. The advantages associated with semicircular bearings and bearing housings are described in the related patent application. Preferred materials for use in the system as shown are described in the '280 application. The microfiltration membrane is preferably provided by sintered metal or ceramic.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었고, 본 발명의 당업자는 이전의 명세서를 읽은 후, 조성, 물건, 방법 및 장치 등에 대한 동등물 및 다른 대안의 다양한 변경, 치환을 생각할 수 있다. 예를 들면, 유체 압력은 제한 없이 전자기계적 힘에 의해 다른 실시예에서 대체될 수 있다. 유사하게, 피스톤 및 보울의 하부 및 단부는 각각 그 형태가 원뿔형이 아닐 수 있고, 다만 그 형태가 상보적이어서 고체 회수에 대해 바람직하면 된다. The present invention has been described in connection with the preferred embodiments, and those skilled in the art will, after reading the previous specification, contemplate various modifications, substitutions of equivalents and other alternatives to compositions, objects, methods and devices, and the like. For example, the fluid pressure may be replaced in other embodiments by electromechanical forces without limitation. Similarly, the lower and end portions of the piston and the bowl may each be non-conical in shape, provided they are complementary in shape and therefore desirable for solid recovery.
또한, 본 발명은 여기서 설명된 다양한 통로, 밸브, 피스톤, 액츄에이터, 어셈블리, 포트, 부재 등과 같은 것이 원심분리기의 작동에 적절한 어떠한 구성 또는 배열일 수도 있음을 생각하고 있다. 또한, 상기 설명된 실시예는 각각 모든 다른 실시예의 변경 사항을 포함하거나 또는 통합할 수도 있다. 예를 들면, 여기서 설명된 레이저 센서 어셈블리는 본 발명의 실시예 중 어느 하나 또는 모두와 함께 이용될 수 있다. 따라서, 특허에 의해 부여되는 보호는 첨부된 청구항 및 그 동등물에 포함된 정의에 의해서만 제한된다. In addition, the present invention contemplates that any of the various passages, valves, pistons, actuators, assemblies, ports, members, etc. described herein may be of any configuration or arrangement suitable for operation of the centrifuge. In addition, the embodiments described above may each incorporate or incorporate changes from all other embodiments. For example, the laser sensor assembly described herein may be used with any or all of the embodiments of the present invention. Accordingly, the protection afforded by patents is limited only by the definitions contained in the appended claims and their equivalents.
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