WO2014082752A1 - Device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension by means of high gradient magnetic separation - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension by means of high-gradient magnetic separation according to the preamble of patent claim 1.
- the suspension can again be passed through the deposition matrix and the target substance now dissolved in the desorption buffer can be discharged.
- the microparticles are recovered at the same time for further use. During the separation process, the loading of the deposition matrix increases
- Microparticles too.
- agglomeration forms accumulation areas which increasingly constrict the freely permeable volume of the deposition matrix.
- increased flow velocities within the deposition matrix with increased drag force effect occur, while at the same time the magnetic restraining forces decrease with increasing size of the attachment regions.
- microparticles detach from the deposition matrix and are lost to the residual suspension, resulting in loss
- Microparticles and target substance is connected.
- a ferromagnetic catching structure for immobilizing microscopic particles in a liquid, such as biological substances, is described in DE 697 29 101 T2.
- the construction consists of a chamber, which in an outer
- Magnetic field is arranged and receives the loaded with particles of liquid.
- a magnetic or magnetizable grid is attached, which generates an internal gradient by distortion of the magnetic field. Since the too
- the object of the invention is to develop existing devices for separating magnetic or magnetizable particles from a suspension by means of high-gradient magnetic separation such that already in advance of the Detachment of microparticles from the attachment areas, ie a filter breakthrough, influence on the separation process can be taken.
- the basic idea of the invention is to detect the loading state of the deposition matrix with microparticles in the deposition chamber and, based thereon, to make a prediction about the probability of detachment of microparticles from the deposition matrix. A risk assessment is therefore already in advance of a possible
- Microp made with the advantage of being able to take timely countermeasures. It is the merit of the invention to have implemented this idea for the first time and with reasonable effort, with the help of an optical measuring device, the flow spaces are monitored for the suspension. Once the flow area is narrowed beyond a critical extent due to the size of the microparticle accumulations
- Countermeasures are initiated, such as throttling or stopping the flow rate in the inlet and / or an increase in the magnetic field strength.
- the surface elements Preferably arranged plane-parallel to each other in the deposition chamber, which allows a high packing density of the surface elements.
- a distance between the surface elements of a maximum of 5 mm, preferably between 0.5 mm and 2 mm has been found to be particularly useful.
- Another advantage is an arrangement of the surface elements parallel to the flow direction in order to prevent a vortex formation of the flow, which would otherwise favor a detachment of the microparticles.
- Surface elements arranged parallel to the optical visual axes prove advantageous with respect to optimum detection of the flow spaces between the surface elements over their entire length in the detection direction.
- the magnetic field is directed perpendicular to the surface elements.
- the pole shoes forming the magnetic field can in this way be arranged close to the surface elements and in close proximity to one another, which results in a very strong magnetization of the surface elements, with the result of an extremely high separating effect.
- the surface elements have a multiplicity of openings in their plane of extent.
- the effect is used that the magnetic field strength along the edges forming the openings is particularly high, which further improves the separation effect.
- the openings preferably have a rectangular shape and can be formed as openings in a metal sheet or of a grid structure with crossing wires.
- the separator may have a structurally simple and robust construction, with a continuous channel-shaped deposition chamber for receiving the deposition matrix and passage of the suspension.
- the optical measuring device whose optical axes penetrate the Abscheidhunt, while stationary on the device in the immediate vicinity of the separator, wherein optical windows in the housing wall of the separator in the region of the optical axes, the image capture in the interior of the deposition chamber
- a reliable sterile sealing of the deposition chamber is facilitated by the arrangement of the optical measuring device outside the sterile boundary and, moreover, prevents the optical measuring device from being damaged during the steam sterilization of the deposition chamber.
- the optical sight axes of the optical measuring device are substantially parallel to the surface elements and transversely to
- This measure initially has the advantage that the optical measuring device and the inlet and outlet at a spatial distance from each other can be arranged so that sufficient space is available. Another advantage results from the pronounced longitudinal extension direction of the surface elements parallel to the flow direction.
- the measuring path of the optical measuring device therefore extends over the shorter dimension of the surface elements, which allows a more accurate measurement result.
- this does not exclude that under certain circumstances it may also be advantageous to arrange the optical sight axes parallel to the flow direction, for example if the arrangement of optical viewing windows on the sides of the deposition chamber is not possible, or both perpendicular and parallel to the flow direction by means of a additional optical measuring device is to be worked to the brightest possible illumination of the
- measuring device To arrange measuring device opposite.
- the optical detection of the clear distance of the surface elements takes place in the backlight, so that a particularly high-contrast recording is possible, which allows an accurate evaluation.
- the measurement accuracy can be further increased by the use of diffused light.
- FIG. 1 is a schematic oblique view of a separator according to the invention
- FIG. 3 shows a longitudinal section through the separator shown in FIG.
- FIG. 4 shows a cross section through the separator shown in FIG.
- FIG. 5 is a side view of the separator shown in Figure 2
- 6 is a plan view of the separator shown in Figure 5
- Fig. 7 is an oblique view of a further embodiment of an inventive
- FIG 8 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of an inlet or outlet of a separator according to the invention.
- Figure 1 corresponds to a schematic functional representation of the invention.
- a separation chamber 1 indicated by dashed lines can be seen, in which a deposition matrix 2 having a plurality of magnetic or magnetizable surface elements 3 is arranged.
- the surface elements 3 lie with a lateral distance parallel to the plane side by side and have a plurality of openings 4 over their entire surface.
- On the deposition matrix 2 acts
- the separation matrix 2 is traversed from top to bottom by a suspension whose flow direction 5 is represented by arrows.
- Flow space 6 are monitored by an optical measuring device 7.
- the optical sight axes 8 of the optical measuring device 7 extend parallel to the surface elements 3 and perpendicular to the flow direction 5.
- An illumination system 9 is the optical
- the illumination system 9 generates in this way backlight for the optical measuring device. 7
- the activated during the separation magnetic field 23 causes a magnetization of
- FIG. 1 A first concrete implementation of the principle explained in FIG. 1 is the subject matter of FIGS. 2 to 6. There, a separator 12 is shown, through which a suspension 5 loaded with microparticles is flowed through individually or in series or in parallel.
- the separator 12 has a liquid-tight rectangular housing 3, which is formed by two mirror-image-shaped side walls 14 and 15, which lie with their flat, facing inner sides 16 to each other.
- the inner sides 16 each have an outgoing from its surface extending over the entire length continuous
- each of the view channels 21 and 22 is a respective the deposition chamber 1 gas and
- optical window 24 form-fitting, which is flush with the inside of the deposition chamber 1.
- a circulating sterile liquid and gas seal 25 between optical window 24 and sight channel 21, 22 ensures that no suspension from the deposition chamber 1 to the outside.
- the optical windows 24 may be made of quartz glass, e.g. B. Suprasil.
- the seal 25 is for this purpose preferably made of a heat-resistant elastomer, for example of an EPDM.
- FIGS. 2 to 5 show an inlet 26 with a connecting piece 27 for a hose line, not shown, to which a funnel-shaped widening 28 adjoins.
- Flow-conducting internals in the expansion 28 ensure that the concentrated in the connecting piece 27 incoming suspension stream 5 evenly over the Flow cross section of the deposition chamber 1 fanning and the flow spaces 6 flows through.
- a drain 26, which is designed in accordance with the inlet 26, is arranged with connecting piece 27 and widening 28.
- the deposition chamber 1 is thus bounded laterally by the side parts 14 and 15 and the optical windows 24 (in particular FIG. 4) and in the direction of flow 5 by the inlet 26 and outlet 30 (in particular FIGS. 2 and 3).
- the deposition chamber 1 serves to receive a magnetizable deposition matrix 2, which is formed by a plurality of magnetizable surface elements 3.
- the surface elements 3 are arranged plane-parallel to the inside of the side walls 14 and 15 and plane-parallel and at a lateral distance from each other. By the lateral distances between the individual
- the surface elements 3 are held together at two opposite edges by holding elements, not shown, so that the deposition matrix 2 can be removed from the deposition chamber 1 for their replacement as a whole, for example as a filter package.
- Each surface element 3 has a plurality of openings 4, which in the present
- Embodiment rectangular shape may also be formed circular or slot-shaped.
- the openings may also result from a grid structure of the surface elements 3.
- the web width between the openings 4 is
- FIGS. 5 and 6 also show the device for generating the magnetic field 23.
- the pole pieces 32 and 33 of a permanent magnet or electromagnet, which receive the separator 12 in a form-fitting manner, can be seen.
- the side walls 14, 15 lie flat against the pole pieces 32 and 33. The field lines of the generated in this way
- Magnetic field 23 are perpendicular to the surface elements 3 of the deposition matrix. 2
- the optical measuring device 7 comprises a camera, which has the flow cross-section in the
- Flow chambers 6 recorded continuously or in predetermined time intervals.
- the optical measuring device 7 outside of the separator 12 of the end face 20 is opposite arranged, wherein the optical sight axes 8 of the measuring device 7 through the viewing channels 21, 22, the flow spaces 6 and the optical windows 24 extend.
- the illumination system 9 which is arranged at the level of the optical viewing axes 8 and light 10 in the direction of
- the light source can consist of several discrete LEDs or a luminescent film.
- a light diffuser for example a light diffusion foil, between the optical window 24 and the illumination system 9, or to form the optical window 24 as a diffuser.
- FIG. 7 shows an alternative embodiment of a separator 12 'according to the invention, wherein the same reference numbers are used for identical or functionally identical features as far as this facilitates the understanding of the invention.
- the flow direction of the suspension is again denoted by 5 and the optical sight axes by 8.
- the separator 12 has a plate-shaped base body 34, into which a channel forming the deposition chamber 1, centrally encircled by a bottom 35 and two sides 36, is milled in the middle.
- a slot-like opening 37 is introduced into the sides 36 of the channel, which serves for receiving the optical window 24 already described in FIGS. 1 to 6.
- the sides 36 of the deposition chamber 1 at their in the flow direction 5 front and rear ends respectively grooves 38 which extend over the entire height of the sides 36 and perpendicular to the bottom 35.
- the upper side of the base body 34 has a planar offset for the positive reception of a merely by Dashed line indicated cover 39, which is tensioned by means not shown releasable fastening means against the base body 34.
- Holding elements 41 result in a stable unit, which can be removed easily and quickly as a whole when changing the surface elements 3 of the deposition chamber 1. By a groove 38 corresponding cross section of the holding elements 41, this can be easily and quickly as a whole when changing the surface elements 3 of the deposition chamber 1.
- the deposition matrix can be inserted axially into the deposition chamber in this embodiment.
- This embodiment is characterized by a particularly high stability and tightness.
- the housing of the separator is formed as a disposable part, for example in the form of a
- FIG. 8 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of an inlet 26 'and optionally also a drain 30' in a plane-parallel plane to the
- the inlet 26 ' has a first longitudinal section 42' in the flow direction 5 'over whose length L A the expansion 28' is completed and a subsequent cylindrical longitudinal section 43 of length L z with rectangular cross section.
- the aspect ratio of longitudinal section 43 to longitudinal section 42 is preferably greater than 0.15 and most preferably in a range of 0.25 to 0.3.
- the widening 28 ' has a continuous course in the direction of flow 5 without kinks and edges and likewise passes continuously into the cylindrical longitudinal section 43.
- the angle ⁇ of the widening 28 ' is at most 15 degrees and most preferably in a range between 8 degrees and 12 degrees.
- this geometry of the inlet 26 'with the reverse flow direction 5 is also applied to the drain 30.
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Abstract
The invention relates to a device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension (5) by means of high gradient magnetic separation. For this purpose, the device has a separator (12), the housing (13) of which encloses a separation chamber (1) through which a suspension (5) can be made to flow in a predetermined flow direction (5'). A magnetic or magnetizable separating matrix (2), comprising a plurality of surface elements (3) with a clear lateral distance between one another which thus form flow spaces (6) for the suspension (5), is arranged in the separation chamber (1). The suspension (5) is guided into and out of the flow spaces (6) via an inlet (26) and an outlet (30). In order to detect the loading state of the separation matrix (2) with microparticles in the separation chamber (1) and, on the basis thereof, to be able to predict the probability of detachment of microparticles from the separation matrix (2), the invention provides for usage of an optical measuring device (7) and a lighting system (9), wherein the optical view axes (8) of the optical measuring device (7) run in the flow spaces (6) in order to determine the size of the clear spacing between the surface elements (3), and the lighting system (9) has at least one light source, the light (10) of which can be emitted into the flow spaces (6).
Description
"Vorrichtung zum Abscheiden magnetischer oder magnetisierbarer Mikropartikel aus einer Suspension mittels Hochgradienten-Magnetseparation." "Device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension by means of high-gradient magnetic separation."
Beschreibung: Description:
Technisches Gebiet: Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen magnetischer oder magnetisierbarer Mikropartikel aus einer Suspension mittels Hochgradienten-Magnetseparation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension by means of high-gradient magnetic separation according to the preamble of patent claim 1.
Stand der Technik: State of the art:
Derartige Vorrichtungen sind im Zusammenhang mit der selektiven Separation von Such devices are associated with the selective separation of
suspendierten oder gelösten Substanzen (Zielsubstanzen) in einer Suspension oder Lösung bekannt. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist dabei die Aufarbeitung biotechnologischer suspended or dissolved substances (target substances) in a suspension or solution. Preferred field of application is the processing of biotechnological
Produkte, bei dem die Zielsubstanz selektiv aus einem im Zuge eines biotechnologischen Herstellungsverfahrens gewonnenen Produktstrom mit hohen Anteilen an festen Bestandteilen, Nährsalzen, Puffersubstanzen und/oder einer Vielzahl von Nebenprodukten selektiv abgetrennt werden soll. Products in which the target substance is to be selectively separated selectively from a product stream obtained in the course of a biotechnological production process with high proportions of solid constituents, nutrient salts, buffer substances and / or a large number of by-products.
Die Anwendung der Hochgradienten-Magnetseparation in Kombination mit magnetischen oder magnetisierbaren Mikropartikeln zur selektiven Abtrennung ist bereits aus der DE 10 2005 034 327 A1 bekannt, wo die Zugabe von magnetischen oder magnetisierbaren Mikropartikeln (Mikrosorbentien, Magnetbeads) zu einer Lösung/Suspension beschrieben ist. Die Mikropartikel weisen aufgrund einer bestimmten Konfektionierung wie z.B. einer Funktionalisierung der Oberfläche eine besonders hohe Affinität für die Zielsubstanz auf, so dass bei Zugabe der Mikropartikel zur Suspension/Lösung die Zielsubstanz über Affinitätssorption an die Oberfläche der Mikropartikel gebunden wird (selektive Bindung). The application of the high-gradient magnetic separation in combination with magnetic or magnetizable microparticles for selective separation is already known from DE 10 2005 034 327 A1, where the addition of magnetic or magnetizable microparticles (microsorbents, magnetic beads) to a solution / suspension is described. The microparticles, due to a particular packaging such. functionalization of the surface has a particularly high affinity for the target substance, so that when the microparticles are added to the suspension / solution, the target substance is bound to the surface of the microparticles via affinity adsorption (selective binding).
Die Separation der mit der Zielsubstanz beladenen Mikropartikel geschieht im Zuge der The separation of the microparticles loaded with the target substance occurs in the course of
Durchströmung einer im Magnetfeld magnetisierten oder magnetischen Abscheidematrix innerhalb eines Separators. Durch Anhaften und Agglomerieren der magnetischen oder magnetisierten Mikropartikel an der Abscheidematrix werden diese zurückgehalten, so dass die Restsuspension ohne Mikropartikel entfernt werden kann. Die Desorption der Zielsubstanz von der Mikropartikeloberfläche geschieht in einem Desorptionspuffer, mit dem die Mikropartikel aus dem Separator ausgespült und dabei gleichzeitig resuspendiert werden. Die dabei entstehende Flow through a magnetic field magnetized or magnetic deposition matrix within a separator. By adhering and agglomerating the magnetic or magnetized microparticles to the deposition matrix, they are retained so that the residual suspension can be removed without microparticles. The desorption of the target substance from the microparticle surface takes place in a desorption buffer, with which the microparticles are rinsed out of the separator and simultaneously resuspended. The resulting
BESTÄTIGUNGSKOPIE
Suspension kann nach abgeschlossener Desorption erneut durch die Abscheidematrix geführt und die nun im Desorptionspuffer gelöste Zielsubstanz ausgeschleust werden. Die Mikropartikel werden dabei gleichzeitig für den weiteren Einsatz zurückgewonnen. Während des Separationsprozesses nimmt die Beladung der Abscheidematrix mit CONFIRMATION COPY After completion of the desorption, the suspension can again be passed through the deposition matrix and the target substance now dissolved in the desorption buffer can be discharged. The microparticles are recovered at the same time for further use. During the separation process, the loading of the deposition matrix increases
Mikropartikeln zu. Dabei werden durch Agglomeration Anlagerungsbereiche gebildet, die das frei durchströmbare Volumen der Abscheidematrix zunehmend einengen. In der Folge kommt es zu erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb der Abscheidematrix mit erhöhter Schleppkraftwirkung, während gleichzeitig die magnetischen Rückhaltekräfte mit zunehmender Größe der Anlagerungsbereiche abnehmen. In der Folge lösen sich Mikropartikel von der Abscheidematrix und gehen mit der Restsuspension verloren, womit ein Verlust an Microparticles too. In this case, agglomeration forms accumulation areas which increasingly constrict the freely permeable volume of the deposition matrix. As a result, increased flow velocities within the deposition matrix with increased drag force effect occur, while at the same time the magnetic restraining forces decrease with increasing size of the attachment regions. As a result, microparticles detach from the deposition matrix and are lost to the residual suspension, resulting in loss
Mikropartikeln und Zielsubstanz verbunden ist. Microparticles and target substance is connected.
In diesem Zusammenhang ist es auch schon bekannt, die Konzentration der Mikropartikel im Ablauf des Separators zu bestimmen, um die Wirksamkeit des Separationsprozesses zu überwachen. Damit kann jedoch dem Ablösen von Mikropartikeln während des In this connection, it is already known to determine the concentration of the microparticles in the outlet of the separator in order to monitor the effectiveness of the separation process. However, this can prevent the detachment of microparticles during the
Separationsprozesses nicht vorgebeugt werden, da mit der Detektion von Mikropartikeln im Ablauf der Ablöseprozess bereits eingesetzt hat. Eine ferromagnetisch wirkende Fangkonstruktion zur Immobilisierung mikroskopisch kleiner Teilchen in einer Flüssigkeit, wie zum Beispiel biologischer Substanzen, ist in der DE 697 29 101 T2 beschrieben. Die Konstruktion besteht aus einer Kammer, die in einem äußeren Separation process can not be prevented, since with the detection of microparticles in the expiration of the detachment process has already begun. A ferromagnetic catching structure for immobilizing microscopic particles in a liquid, such as biological substances, is described in DE 697 29 101 T2. The construction consists of a chamber, which in an outer
Magnetfeld angeordnet ist und die die mit Teilchen beladene Flüssigkeit aufnimmt. An einer transparenten Kammerwand ist ein magnetisches oder magnetisierbares Gitter angebracht, das durch Verzerrung des magnetischen Felds ein inneres Gefälle erzeugt. Da die zu Magnetic field is arranged and receives the loaded with particles of liquid. On a transparent chamber wall, a magnetic or magnetizable grid is attached, which generates an internal gradient by distortion of the magnetic field. Since the too
analysierenden Teilchen magnetisch markiert sind, sammeln sich diese entlang der Gitterlinien an, wobei durch geeignete Dimensionierung des Gitters erreicht wird, dass sich die Teilchen in der Fläche des Gitters in nur einer Schicht, also nicht übereinander, anordnen. Dadurch ist es möglich, die einzeln aneinandergereihten Teilchen mit Hilfe eines die Gitterlinien abtastenden Lasers individuell zu erfassen und damit sowohl quantitativ als auch qualitativ zu analysieren. are magnetically labeled, they accumulate along the grid lines, whereby it is achieved by suitable dimensioning of the grid, that the particles in the surface of the grid in only one layer, so not superimposed, arrange. This makes it possible to individually detect the individually juxtaposed particles using a laser scanning the grid lines and thus to analyze both quantitatively and qualitatively.
Darstellung der Erfindung: Presentation of the invention:
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bestehende Vorrichtungen zum Abtrennen magnetischer oder magnetisierbarer Partikel aus einer Suspension mittels Hochgradienten-Magnetseparation derart weiterzuentwickeln, dass bereits im Vorfeld der
Ablösung von Mikropartikeln aus den Anlagerungsbereichen, d. h. einem Filterdurchbruch, Einfluss auf den Separationsprozess genommen werden kann. Against this background, the object of the invention is to develop existing devices for separating magnetic or magnetizable particles from a suspension by means of high-gradient magnetic separation such that already in advance of the Detachment of microparticles from the attachment areas, ie a filter breakthrough, influence on the separation process can be taken.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a device having the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Beladungszustand der Abscheidematrix mit Mikropartikeln in der Abscheidekammer zu erfassen und darauf basierend eine Voraussage über die Wahrscheinlichkeit einer Ablösung von Mikropartikeln von der Abscheidematrix zu treffen. Eine Risikoabschätzung wird also bereits im Vorfeld einer möglichen The basic idea of the invention is to detect the loading state of the deposition matrix with microparticles in the deposition chamber and, based thereon, to make a prediction about the probability of detachment of microparticles from the deposition matrix. A risk assessment is therefore already in advance of a possible
Mikropartikelablösung vorgenommen, mit dem Vorteil rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Es ist das Verdienst der Erfindung, diesen Gedanken erstmals und mit vertretbarem Aufwand umgesetzt zu haben, wobei mit Hilfe einer optischen Messeinrichtung die Strömungsräume für die Suspension überwacht werden. Sobald der Strömungsquerschnitt aufgrund der Größe der Ansammlungen an Mikropartikeln über ein kritisches Maß hinaus verengt ist, werden Micropartikelablösung made with the advantage of being able to take timely countermeasures. It is the merit of the invention to have implemented this idea for the first time and with reasonable effort, with the help of an optical measuring device, the flow spaces are monitored for the suspension. Once the flow area is narrowed beyond a critical extent due to the size of the microparticle accumulations
Gegenmaßnahmen in die Wege geleitet, wie zum Beispiel eine Drosselung oder ein Stopp der Strömungsrate im Zulauf und/oder eine Erhöhung der Magnetfeldstärke. Da auf diese Weise die Anzahl an Mikropartikel in der Restsuspension minimiert wird, erreicht man einen ungewöhnlich hohen Grad der Abscheidung von Mikropartikeln aus der Suspension, so dass sowohl die Zielsubstanzen als auch die Mikropartikel annähernd vollständig aus der Suspension gewonnen werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich daher durch einen außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad aus. Countermeasures are initiated, such as throttling or stopping the flow rate in the inlet and / or an increase in the magnetic field strength. By minimizing the number of microparticles in the residual suspension in this manner, an unusually high degree of microparticle precipitation from the suspension is achieved so that both the target substances and the microparticles are almost completely recovered from the suspension. An inventive device is therefore characterized by an exceptionally high efficiency.
Die Abscheidematrix wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der The deposition matrix is according to a preferred embodiment of
Erfindung durch Flächenelemente in der Abscheidekammer gebildet. Diese sind Invention formed by surface elements in the deposition chamber. These are
vorzugsweise planparallel zueinander in der Abscheidekammer angeordnet, was eine hohe Packungsdichte der Flächenelemente erlaubt. In diesem Zusammenhang hat sich ein Abstand der Flächenelemente untereinander von maximal 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm als besonders zweckdienlich herausgestellt. Von Vorteil ist ferner eine Anordnung der Flächenelemente parallel zur Strömungsrichtung, um einer Wirbelbildung der Strömung vorzubeugen, die ansonsten eine Ablösung der Mikropartikel begünstigen würde. Parallel zu den optischen Sichtachsen angeordnete Flächenelemente erweisen sich im Hinblick auf eine optimale Erfassung der Strömungsräume zwischen den Flächenelementen über deren gesamte Länge in Erfassungsrichtung von Vorteil.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetfeld senkrecht zu den Flächenelementen gerichtet. Die das Magnetfeld bildenden Polschuhe können auf diese Weise nahe an den Flächenelementen und in engem Abstand zueinander angeordnet sein, was eine sehr starke Magnetisierung der Flächenelemente zur Folge hat, mit dem Ergebnis einer äußerst hohen Abscheidewirkung. Preferably arranged plane-parallel to each other in the deposition chamber, which allows a high packing density of the surface elements. In this context, a distance between the surface elements of a maximum of 5 mm, preferably between 0.5 mm and 2 mm has been found to be particularly useful. Another advantage is an arrangement of the surface elements parallel to the flow direction in order to prevent a vortex formation of the flow, which would otherwise favor a detachment of the microparticles. Surface elements arranged parallel to the optical visual axes prove advantageous with respect to optimum detection of the flow spaces between the surface elements over their entire length in the detection direction. In a further development of the invention, the magnetic field is directed perpendicular to the surface elements. The pole shoes forming the magnetic field can in this way be arranged close to the surface elements and in close proximity to one another, which results in a very strong magnetization of the surface elements, with the result of an extremely high separating effect.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Flächenelemente in ihrer Erstreckungsebene eine Vielzahl von Öffnungen auf. Dadurch wird der Effekt genutzt, dass die Magnetfeldstärke entlang der die Öffnungen bildenden Kanten besonders hoch ist, was die Abscheidewirkung weiter verbessert. Um eine möglichst hohe Dichte an wirksamen Kanten an den Flächenelementen zu erzeugen, besitzen die Öffnungen vorzugsweise rechteckförmige Gestalt und können als Öffnungen in einem Blech oder von einer Gitterstruktur mit kreuzenden Drähten gebildet sein. According to a preferred embodiment of the invention, the surface elements have a multiplicity of openings in their plane of extent. As a result, the effect is used that the magnetic field strength along the edges forming the openings is particularly high, which further improves the separation effect. In order to produce the highest possible density of effective edges on the surface elements, the openings preferably have a rectangular shape and can be formed as openings in a metal sheet or of a grid structure with crossing wires.
Die optische Überwachung der Strömungsräume innerhalb der Abscheidekammer erfolgt vorteilhafterweise von außerhalb des Separators, während die selektive Abscheidung in einem abgeschlossenen Volumen innerhalb der Abscheidekammer stattfindet. So kann der Separator einen konstruktiv einfachen und robusten Aufbau aufweisen, mit einer durchgehenden kanalförmigen Abscheidekammer zur Aufnahme der Abscheidematrix und Durchleitung der Suspension. Die optische Messeinrichtung, deren optische Achsen die Abscheidkammer durchdringen, ist dabei stationär an der Vorrichtung in der unmittelbaren Umgebung des Separators angeordnet, wobei optische Fenster in der Gehäusewand des Separators im Bereich der optischen Achsen die Bilderfassung im Inneren der Abscheidekammer The optical monitoring of the flow spaces within the deposition chamber is advantageously carried out from outside the separator, while the selective deposition takes place in a closed volume within the deposition chamber. Thus, the separator may have a structurally simple and robust construction, with a continuous channel-shaped deposition chamber for receiving the deposition matrix and passage of the suspension. The optical measuring device, whose optical axes penetrate the Abscheidkammer, while stationary on the device in the immediate vicinity of the separator, wherein optical windows in the housing wall of the separator in the region of the optical axes, the image capture in the interior of the deposition chamber
ermöglichen. Die damit erreichte mechanische Entkoppelung von optischer Messeinrichtung und Separator erlaubt es einerseits, dass der Separator unabhängig von der optischen enable. The achieved mechanical decoupling of optical measuring device and separator allows on the one hand, that the separator regardless of the optical
Messeinrichtung der Vorrichtung entnommen und wieder eingesetzt werden kann, was die Handhabung und den Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt ganz wesentlich erleichtert. Andererseits wird durch die Anordnung der optischen Messeinrichtung außerhalb der Sterilgrenze eine zuverlässige sterile Abdichtung der Abscheidekammer erleichtert und darüber hinaus verhindert, dass im Zuge der Dampfsterilisation der Abscheidekammer die optische Messeinrichtung zu Schaden kommt. Measuring device taken from the device and can be used again, which facilitates the handling and operation of a device according to the invention quite significantly. On the other hand, a reliable sterile sealing of the deposition chamber is facilitated by the arrangement of the optical measuring device outside the sterile boundary and, moreover, prevents the optical measuring device from being damaged during the steam sterilization of the deposition chamber.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung verlaufen die optischen Sichtachsen der optischen Messeinrichtung im Wesentlichen parallel zu den Flächenelementen und quer zur In a preferred embodiment of the invention, the optical sight axes of the optical measuring device are substantially parallel to the surface elements and transversely to
Strömungsrichtung der Suspension. Diese Maßnahme hat zunächst den Vorteil, dass die optische Messeinrichtung und der Zu- und Ablauf im räumlichen Abstand zueinander
angeordnet werden können, so dass ausreichend Platz zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der ausgeprägten Längserstreckungsrichtung der Flächenelemente parallel zur Strömungsrichtung. Die Messstrecke der optischen Messeinrichtung erstreckt sich daher über die kürzere Abmessung der Flächenelemente, was ein genaueres Messergebnis ermöglicht. Das schließt jedoch nicht aus, dass es unter bestimmten Umständen auch vorteilhaft sein kann, die optischen Sichtachsen parallel zur Strömungsrichtung anzuordnen, beispielsweise wenn die Anordnung optischer Sichtfenster an den Seiten der Abscheidekammer nicht möglich ist, oder sowohl senkrecht als auch parallel zur Strömungsrichtung mit Hilfe einer zusätzlichen optischen Messeinrichtung gearbeitet werden soll, um eine möglichst helle Ausleuchtung der Flow direction of the suspension. This measure initially has the advantage that the optical measuring device and the inlet and outlet at a spatial distance from each other can be arranged so that sufficient space is available. Another advantage results from the pronounced longitudinal extension direction of the surface elements parallel to the flow direction. The measuring path of the optical measuring device therefore extends over the shorter dimension of the surface elements, which allows a more accurate measurement result. However, this does not exclude that under certain circumstances it may also be advantageous to arrange the optical sight axes parallel to the flow direction, for example if the arrangement of optical viewing windows on the sides of the deposition chamber is not possible, or both perpendicular and parallel to the flow direction by means of a additional optical measuring device is to be worked to the brightest possible illumination of the
Abscheidekammer zu erhalten. To get deposition chamber.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, das Beleuchtungssystem der optischen It proves to be particularly advantageous, the illumination system of the optical
Messeinrichtung gegenüberliegend anzuordnen. Die optische Erfassung des lichten Abstandes der Flächenelemente erfolgt dabei im Gegenlicht, so dass eine besonders kontrastreiche Aufnahme möglich ist, die eine exakte Auswertung ermöglicht. Die Messwertgenauigkeit kann zusätzlich durch den Einsatz von diffusem Licht gesteigert werden. To arrange measuring device opposite. The optical detection of the clear distance of the surface elements takes place in the backlight, so that a particularly high-contrast recording is possible, which allows an accurate evaluation. The measurement accuracy can be further increased by the use of diffused light.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Brief Description of the Drawings: The invention will now be described with reference to a drawing illustrated in the drawings
Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Embodiment explained in more detail, wherein further features and advantages of the invention will become apparent.
Es zeigt It shows
Fig. 1 eine schematische Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Separators, 1 is a schematic oblique view of a separator according to the invention,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Separator 2 shows a longitudinal section through a separator according to the invention
entlang der in Figur 3 dargestellten Linie II - II, along the line II - II shown in FIG. 3,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den in Figur 2 dargestellten Separator 3 shows a longitudinal section through the separator shown in FIG
entlang der in Figur 4 dargestellten Linie III - III, along the line III - III shown in FIG. 4,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den in Figur 2 dargestellten Separator 4 shows a cross section through the separator shown in FIG
entlang der in Figur 3 dargestellten Linie IV - IV, along the line IV - IV shown in FIG. 3,
Fig. 5 eine Seitenansicht auf den in Figur 2 dargestellten Separator,
Fig. 6 eine Draufsicht auf den in Figur 5 dargestellten Separator, 5 is a side view of the separator shown in Figure 2, 6 is a plan view of the separator shown in Figure 5,
Fig. 7 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fig. 7 is an oblique view of a further embodiment of an inventive
Separators und, Separators and,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Zulaufs bzw. Ablaufs eines erfindungsgemäßen Separators. 8 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of an inlet or outlet of a separator according to the invention.
Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit: Ways to carry out the invention and commercial usability:
Figur 1 entspricht einer schematischen Funktionsdarstellung der Erfindung. Man sieht eine durch Strichlierung angedeutete Abscheidekammer 1 , in der eine Abscheidematrix 2 mit mehreren magnetischen oder magnetisierbaren Flächenelementen 3 angeordnet ist. Die Flächenelemente 3 liegen mit seitlichem Abstand planparallel nebeneinander und weisen über ihre gesamte Fläche eine Vielzahl Öffnungen 4 auf. Auf die Abscheidematrix 2 wirkt ein Figure 1 corresponds to a schematic functional representation of the invention. A separation chamber 1 indicated by dashed lines can be seen, in which a deposition matrix 2 having a plurality of magnetic or magnetizable surface elements 3 is arranged. The surface elements 3 lie with a lateral distance parallel to the plane side by side and have a plurality of openings 4 over their entire surface. On the deposition matrix 2 acts
Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Flächenelemente 3, was vor allem in den Figuren 2 und 4 mit den Pfeilen 23 versinnbildlicht ist. Magnetic field perpendicular to the surface of the surface elements 3, which is symbolized especially in Figures 2 and 4 with the arrows 23.
Die Abscheidematrix 2 wird von oben nach unten von einer Suspension durchströmt, deren Strömungsrichtung 5 durch Pfeile wiedergegeben ist. Der freie Raum zwischen den The separation matrix 2 is traversed from top to bottom by a suspension whose flow direction 5 is represented by arrows. The free space between the
Flächenelementen 3 bildet jeweils einen spaltförmigen Strömungsraum 6. Surface elements 3 each form a gap-shaped flow space. 6
Die Kontur und damit der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt eines The contour and thus the available flow cross-section of a
Strömungsraums 6 werden von einer optischen Messeinrichtung 7 überwacht. Die optischen Sichtachsen 8 der optischen Messeinrichtung 7 verlaufen parallel zu den Flächenelementen 3 und senkrecht zur Strömungsrichtung 5. Ein Beleuchtungssystem 9 ist der optischen Flow space 6 are monitored by an optical measuring device 7. The optical sight axes 8 of the optical measuring device 7 extend parallel to the surface elements 3 and perpendicular to the flow direction 5. An illumination system 9 is the optical
Messeinrichtung 7 gegenüberliegend angeordnet und emittiert Licht 10 parallel zu den Arranged measuring device 7 opposite and emits light 10 parallel to the
Sichtachsen 8 in den Strömungsraum 6, also ebenfalls parallel zu den Flächenelementen 3 und senkrecht zur Strömungsrichtung 5. Das Beleuchtungssystem 9 erzeugt auf diese Weise Gegenlicht für die optische Messeinrichtung 7. Sight axes 8 in the flow space 6, so also parallel to the surface elements 3 and perpendicular to the flow direction 5. The illumination system 9 generates in this way backlight for the optical measuring device. 7
Das während der Separation aktivierte Magnetfeld 23 bewirkt eine Magnetisierung der The activated during the separation magnetic field 23 causes a magnetization of
Abscheidematrix 2. Die infolgedessen auf die magnetischen oder magnetisierten Mikropartikel einwirkenden Anziehungskräfte führen zu Ansammlungen 11 von Mikropartikeln im Deposition matrix 2. The forces of attraction acting on the magnetic or magnetized microparticles as a result lead to accumulations 11 of microparticles in the
Randbereich der Öffnungen 4 in den Flächenelementen 3, wo die Magnetfeldstärke am größten ist. Dabei wachsen die Ansammlungen 11 mit zunehmender Beladung der Abscheidematrix 2 nicht nur in der Ebene der Flächenelemente 3, sondern auch entlang der Magnetfeldlinien
senkrecht dazu. Vor allem das räumliche Wachstum senkrecht zur Oberfläche der Flächenelemente 3 führt zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts der Strömungsräume 6, mit den oben beschrieben Nachteilen, sobald ein gewisses Ausmaß erreicht ist. Der Edge region of the openings 4 in the surface elements 3, where the magnetic field strength is greatest. The accumulations 11 grow with increasing loading of the deposition matrix 2 not only in the plane of the surface elements 3, but also along the magnetic field lines perpendicular to it. Above all, the spatial growth perpendicular to the surface of the surface elements 3 leads to a narrowing of the flow cross-section of the flow spaces 6, with the disadvantages described above, as soon as a certain extent is reached. Of the
Grundgedanke der Erfindung besteht nun darin, die durch dreidimensionale Agglomeration bedingte Veränderung des Strömungsquerschnitts mit Hilfe der optischen Messeinrichtung 7 zu überwachen und, noch bevor ein Ablösen von Mikropartikeln zu befürchten ist, den Betreiber einer erfindungsgemäßen Vorrichtung über die aktuelle Beladung der Abscheidematrix 2 und gegebenenfalls erforderliche Rückspülung bzw. Wechsel der Abscheidematrix 2 zu informieren. Eine erste konkrete Umsetzung des in Figur 1 erläuterten Prinzips ist Gegenstand der Figuren 2 bis 6. Dort ist ein Separator 12 dargestellt, der einzeln oder zu mehreren in Reihe oder parallel geschaltet von einer mit Mikropartikeln beladenen Suspension 5 durchströmt wird. The basic idea of the invention is now to monitor the change in the flow cross-section caused by three-dimensional agglomeration with the aid of the optical measuring device 7 and, even before the detachment of microparticles is to be feared, the operator of a device according to the invention via the current loading of the deposition matrix 2 and possibly required Backwashing or change the deposition matrix 2 to inform. A first concrete implementation of the principle explained in FIG. 1 is the subject matter of FIGS. 2 to 6. There, a separator 12 is shown, through which a suspension 5 loaded with microparticles is flowed through individually or in series or in parallel.
Der Separator 12 besitzt ein flüssigkeitsdichtes rechteckförmiges Gehäuse 3, das von zwei spiegelbildlich geformten Seitenwänden 14 und 15 gebildet ist, die mit ihren flachen, einander zugewandten Innenseiten 16 aufeinander liegen. Die Innenseiten 16 weisen jeweils eine von ihrer Oberfläche ausgehende sich über die gesamte Länge erstreckende durchgehende The separator 12 has a liquid-tight rectangular housing 3, which is formed by two mirror-image-shaped side walls 14 and 15, which lie with their flat, facing inner sides 16 to each other. The inner sides 16 each have an outgoing from its surface extending over the entire length continuous
Ausnehmung 17 auf, die nach dem Zusammenfügen der Seitenwände 14 und 15 eine nach oben und unten offene, kanalförmige Abscheidekammer 1 ergeben (siehe vor allem Fig. 4). Recess 17, which after joining the side walls 14 and 15, an upwardly and downwardly open, channel-shaped deposition chamber 1 result (see especially Fig. 4).
In analoger Weise sind in die Innenseiten 16 der Seitenwände 14 und 15 Ausnehmungen 18 und 19 eingeformt, die sich von den Stirnseiten 20 des Gehäuses 13 bis zur Abscheidekammer 1 erstrecken und auf diese Weise fluchtende Sichtkanäle 21 und 22 bilden. In jeden der Sichtkanäle 21 und 22 ist jeweils ein die Abscheidekammer 1 gas- und In an analogous manner are formed in the inner sides 16 of the side walls 14 and 15 recesses 18 and 19 which extend from the end faces 20 of the housing 13 to the deposition chamber 1 and in this way aligned sight channels 21 and 22 form. In each of the view channels 21 and 22 is a respective the deposition chamber 1 gas and
flüssigkeitsdicht verschließendes optisches Fenster 24 formschlüssig eingesetzt, das bündig mit der Innenseite der Abscheidekammer 1 abschließt. Eine umlaufende sterildichte Flüssigkeitsund Gasdichtung 25 zwischen optischem Fenster 24 und Sichtkanal 21 , 22 stellt sicher, dass keine Suspension aus der Abscheidekammer 1 nach außen dringt. Zur ln-situ- Dampfsterilisation können die optischen Fenster 24 aus Quarzglas bestehen, z. B. Suprasil. Die Dichtung 25 besteht zu diesem Zweck vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Elastomer, beispielsweise aus einem EPDM. inserted liquid-tight closing optical window 24 form-fitting, which is flush with the inside of the deposition chamber 1. A circulating sterile liquid and gas seal 25 between optical window 24 and sight channel 21, 22 ensures that no suspension from the deposition chamber 1 to the outside. For in-situ steam sterilization, the optical windows 24 may be made of quartz glass, e.g. B. Suprasil. The seal 25 is for this purpose preferably made of a heat-resistant elastomer, for example of an EPDM.
Ferner sieht man in den Figuren 2 bis 5 einen Zulauf 26 mit einem Anschlussstutzen 27 für eine nicht weiter dargestellte Schlauchleitung, an den sich eine trichterförmige Aufweitung 28 anschließt. Strömungsleitende Einbauten in der Aufweitung 28 sorgen dafür, dass sich der konzentriert im Anschlussstutzen 27 ankommende Suspensionsstrom 5 gleichmäßig über den
Strömungsquerschnitt der Abscheidekammer 1 auffächert und die Strömungsräume 6 durchströmt. Am gegenüberliegenden Ende der Abscheidekammer 1 ist ein dem Zulauf 26 entsprechend ausgebildeter Ablauf 30 mit Anschlussstutzen 27 und Aufweitung 28 angeordnet. Die Abscheidekammer 1 ist also seitlich begrenzt von den Seitenteilen 14 und 15 sowie den optischen Fenstern 24 (insbesondere Figur 4) und in Durchströmrichtung 5 von dem Einlauf 26 und Auslauf 30 (insbesondere Figuren 2 und 3). Furthermore, FIGS. 2 to 5 show an inlet 26 with a connecting piece 27 for a hose line, not shown, to which a funnel-shaped widening 28 adjoins. Flow-conducting internals in the expansion 28 ensure that the concentrated in the connecting piece 27 incoming suspension stream 5 evenly over the Flow cross section of the deposition chamber 1 fanning and the flow spaces 6 flows through. At the opposite end of the separation chamber 1, a drain 26, which is designed in accordance with the inlet 26, is arranged with connecting piece 27 and widening 28. The deposition chamber 1 is thus bounded laterally by the side parts 14 and 15 and the optical windows 24 (in particular FIG. 4) and in the direction of flow 5 by the inlet 26 and outlet 30 (in particular FIGS. 2 and 3).
Die Abscheidekammer 1 dient der Aufnahme einer magnetisierbaren Abscheidematrix 2, die von einer Vielzahl magnetisierbarer Flächenelemente 3 gebildet ist. Die Flächenelemente 3 sind planparallel zur Innenseite der Seitenwände 14 und 15 angeordnet sowie planparallel und in seitlichem Abstand zueinander. Durch die seitlichen Abstände zwischen den einzelnen The deposition chamber 1 serves to receive a magnetizable deposition matrix 2, which is formed by a plurality of magnetizable surface elements 3. The surface elements 3 are arranged plane-parallel to the inside of the side walls 14 and 15 and plane-parallel and at a lateral distance from each other. By the lateral distances between the individual
Flächenelementen 3 werden parallel nebeneinander liegende Strömungsräume 6 für die Suspension 5 geschaffen. Surface elements 3 are provided parallel adjacent flow spaces 6 for the suspension 5.
Die Flächenelemente 3 sind an zwei gegenüberliegenden Rändern über nicht dargestellte Halteelemente zusammengehalten, so dass die Abscheidematrix 2 für deren Austausch als Ganzes, beispielsweise als Filterpaket, der Abscheidekammer 1 entnommen werden kann. Jedes Flächenelement 3 weist eine Vielzahl Öffnungen 4 auf, die im vorliegenden The surface elements 3 are held together at two opposite edges by holding elements, not shown, so that the deposition matrix 2 can be removed from the deposition chamber 1 for their replacement as a whole, for example as a filter package. Each surface element 3 has a plurality of openings 4, which in the present
Ausführungsbeispiel rechteckförmige Gestalt aufweisen, aber auch kreis- oder schlitzförmig ausgebildet sein können. Alternativ können sich die Öffnungen auch durch eine Gitterstruktur der Flächenelemente 3 ergeben. Die Stegbreite zwischen den Öffnungen 4 beträgt Embodiment rectangular shape, but may also be formed circular or slot-shaped. Alternatively, the openings may also result from a grid structure of the surface elements 3. The web width between the openings 4 is
vorzugsweise maximal 2 mm. preferably at most 2 mm.
In den Figuren 5 und 6 erkennt man ferner die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfelds 23. Man sieht die Polschuhe 32 und 33 eines Permanentmagneten oder Elektromagneten, die den Separator 12 formschlüssig zwischen sich aufnehmen. Dabei liegen die Seitenwände 14, 15 flächig an den Polschuhen 32 und 33 an. Die Feldlinien des auf diese Weise erzeugten FIGS. 5 and 6 also show the device for generating the magnetic field 23. The pole pieces 32 and 33 of a permanent magnet or electromagnet, which receive the separator 12 in a form-fitting manner, can be seen. In this case, the side walls 14, 15 lie flat against the pole pieces 32 and 33. The field lines of the generated in this way
Magnetfelds 23 verlaufen senkrecht zu den Flächenelementen 3 der Abscheidematrix 2. Magnetic field 23 are perpendicular to the surface elements 3 of the deposition matrix. 2
Aus Figur 6 ist darüber hinaus die Anordnung der optischen Messeinrichtung 7 und des From Figure 6, the arrangement of the optical measuring device 7 and the
Beleuchtungssystems 9 innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ersichtlich. Die optische Messeinrichtung 7 umfasst eine Kamera, die den Strömungsquerschnitt in den Illumination system 9 within the device according to the invention can be seen. The optical measuring device 7 comprises a camera, which has the flow cross-section in the
Strömungsräumen 6 kontinuierlich oder in vorgebebenen Zeitintervallen erfasst. Dazu ist die optische Messeinrichtung 7 außerhalb des Separators 12 der Stirnseite 20 gegenüberliegend
angeordnet, wobei die optischen Sichtachsen 8 der Messeinrichtung 7 durch die Sichtkanäle 21 , 22, die Strömungsräume 6 und die optischen Fenster 24 verlaufen. Flow chambers 6 recorded continuously or in predetermined time intervals. For this purpose, the optical measuring device 7 outside of the separator 12 of the end face 20 is opposite arranged, wherein the optical sight axes 8 of the measuring device 7 through the viewing channels 21, 22, the flow spaces 6 and the optical windows 24 extend.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Separators 12 sieht man das Beleuchtungssystem 9, das auf Höhe der optischen Sichtachsen 8 angeordnet ist und Licht 10 in Richtung der On the opposite side of the separator 12 can be seen the illumination system 9, which is arranged at the level of the optical viewing axes 8 and light 10 in the direction of
Messeinrichtung 7 durch die Sichtkanäle 22 und 21 , die Strömungsräume 6 und die optischen Fenster 24 emittiert. Die Lichtquelle kann dabei aus mehreren diskreten LEDs oder einer Leuchtfolie bestehen. Um möglichst diffuses Licht 10 in die Strömungsräume zu emittieren, ist es möglich, zwischen optischem Fenster 24 und Beleuchtungssystem 9 einen Lichtdiffusor, beispielsweise eine Lichtdiffusionsfolie, anzuordnen, oder das optische Fenster 24 als Diffusor auszubilden. Measuring device 7 through the viewing channels 22 and 21, the flow chambers 6 and the optical window 24 emits. The light source can consist of several discrete LEDs or a luminescent film. In order to emit as diffused light 10 as possible into the flow spaces, it is possible to arrange a light diffuser, for example a light diffusion foil, between the optical window 24 and the illumination system 9, or to form the optical window 24 as a diffuser.
Zur Überwachung des Zustande der Abscheidematrix 2 werden mit der Kamera in den optischen Sichtachsen 8 der optischen Messeinrichtung 7 kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen Aufnahmen der Strömungsräume 6 in Richtung des Beleuchtungssystems 9, also im Gegenlicht, gemacht. Die dabei ermittelten Hell-Dunkel-Werte werden in einer In order to monitor the state of the deposition matrix 2, images of the flow spaces 6 in the direction of the illumination system 9, that is, in the backlight, are taken with the camera in the optical sight axes 8 of the optical measuring device 7 continuously or at predetermined time intervals. The calculated light-dark values are in one
Datenverarbeitungseinheit mit Hilfe einer Bildverarbeitungssoftware ausgewertet, die den lichten Abstand zwischen den Anlagerungsbereichen 11 quer zur Strömungsrichtung der Suspension 5 ermittelt und mit einem kritischen Mindestabstand vergleicht. Bei Unterschreiten des kritischen Mindestabstandes wird eine Warnmeldung an den Betreiber der Vorrichtung gegeben und/oder die Zufuhr des Separators 12 mit Suspension 5 gedrosselt oder gestoppt. Auf diese Weise wird einem Ablösen der Mikropartikel von der Abscheidematrix 2 rechtzeitig vorgebeugt. Figur 7 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators 12', wobei für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen Verwendung finden, soweit dies das Verständnis der Erfindung erleichtert. Die Strömungsrichtung der Suspension ist wiederum mit 5 und die optischen Sichtachsen mit 8 bezeichnet. Der Separator 12' besitzt einen plattenförmigen Grundkörper 34, in den mittig ein die Abscheidekammer 1 bildender, von einem Boden 35 und zwei Seiten 36 umschlossener Kanal eingefräst ist. In die Seiten 36 des Kanals ist jeweils eine schlitzartige Öffnung 37 eingebracht, die zur Aufnahme der bereits unter den Figuren 1 bis 6 beschriebenen optischen Fenster 24 dient. Ferner weisen die Seiten 36 der Abscheidekammer 1 an ihren in Durchströmrichtung 5 vorderen und hinteren Enden jeweils Nuten 38 auf, die sich über die gesamte Höhe der Seiten 36 und senkrecht zum Boden 35 erstrecken. Um die Abscheidekammer 1 dicht verschließen zu können, weist die Oberseite des Grundkörpers 34 einen flächigen Versatz zur formschlüssigen Aufnahme eines lediglich durch
Strichlierung angedeuteten Deckels 39 auf, der mittels nicht dargestellter lösbarer Befestigungsmittel gegen der Grundkörper 34 spannbar ist. Data processing unit evaluated by means of an image processing software, which determines the clear distance between the attachment regions 11 transversely to the flow direction of the suspension 5 and compared with a critical minimum distance. When falling below the critical minimum distance, a warning message is given to the operator of the device and / or throttled or stopped the supply of the separator 12 with suspension 5. In this way, detachment of the microparticles from the deposition matrix 2 is prevented in good time. FIG. 7 shows an alternative embodiment of a separator 12 'according to the invention, wherein the same reference numbers are used for identical or functionally identical features as far as this facilitates the understanding of the invention. The flow direction of the suspension is again denoted by 5 and the optical sight axes by 8. The separator 12 'has a plate-shaped base body 34, into which a channel forming the deposition chamber 1, centrally encircled by a bottom 35 and two sides 36, is milled in the middle. In each case a slot-like opening 37 is introduced into the sides 36 of the channel, which serves for receiving the optical window 24 already described in FIGS. 1 to 6. Furthermore, the sides 36 of the deposition chamber 1 at their in the flow direction 5 front and rear ends respectively grooves 38 which extend over the entire height of the sides 36 and perpendicular to the bottom 35. In order to be able to seal the deposition chamber 1 tightly, the upper side of the base body 34 has a planar offset for the positive reception of a merely by Dashed line indicated cover 39, which is tensioned by means not shown releasable fastening means against the base body 34.
In der Abscheidekammer 1 sieht man wiederum eine magnetisierbare Abscheidematrix 2, wie sie im Wesentlichen bereits unter den Figuren 1 bis 6 bereits beschrieben ist. Die In the deposition chamber 1, one again sees a magnetizable deposition matrix 2, as already described essentially already in FIGS. 1 to 6. The
Flächenelemente 3 der Abscheidematrix 2 erstrecken sich demnach in planparalleler deckungsgleicher Lage flächig zwischen den beiden Seiten 36 mit paralleler Ausrichtung bezüglich der Strömungsrichtung 5 und der optischen Sichtachsen 8. Aus den Längsseiten der Flächenelemente 3 stehen in der Ebene der Flächenelemente 3 und in Verlängerung der Querseiten der Flächenelemente 3 stiftförmige Zapfen 40 hervor. Die auf diese Weise in Reihen angeordneten Zapfen 40 binden jeweils ein stabförmiges senkrecht zur Ebene der Surface elements 3 of the deposition matrix 2 thus extend in plane-parallel congruent position flat between the two sides 36 with parallel alignment with respect to the flow direction 5 and the optical sight axes 8. From the longitudinal sides of the surface elements 3 are in the plane of the surface elements 3 and in extension of the transverse sides of the Surface elements 3 pin-shaped pin 40 forth. The thus arranged in rows pins 40 each bind a rod-shaped perpendicular to the plane of the
Flächenelement 3 verlaufendes Halteelement 41 ein, so dass Flächenelemente 3 und Surface element 3 extending retaining element 41, so that surface elements 3 and
Haltelemente 41 eine in sich stabile Einheit ergeben, die beim Wechsel der Flächenelemente 3 der Abscheidekammer 1 einfach und schnell als Ganzes entnommen werden kann. Durch einen den Nuten 38 entsprechenden Querschnitt der Halteelemente 41 können diese durch Holding elements 41 result in a stable unit, which can be removed easily and quickly as a whole when changing the surface elements 3 of the deposition chamber 1. By a groove 38 corresponding cross section of the holding elements 41, this can
Formschluss in den Nuten 38 befestigt werden. Positive locking in the grooves 38 are attached.
Eine weitere - zeichnerisch nicht dargestellte - Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Separators sieht die monolithische Ausbildung eines plattenförmigen Grundkörpers vor, in den zur Bildung einer Abscheidekammer ein durchgehender umfangsseitig geschlossener Kanal eingefräst ist, der in Querrichtung von einem ebenfalls durchgehenden umfangsseitig geschlossenen Sichtkanal gekreuzt ist. Die Abscheidematrix ist bei dieser Ausführungsform axial in die Abscheidekammer einsetzbar. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders hohe Stabilität und Dichtigkeit aus. Another - not graphically illustrated - embodiment of a separator according to the invention provides for the monolithic formation of a plate-shaped body, in the formation of a deposition chamber, a continuous circumferentially closed channel is milled, which is crossed in the transverse direction by a likewise continuous circumferentially closed viewing channel. The deposition matrix can be inserted axially into the deposition chamber in this embodiment. This embodiment is characterized by a particularly high stability and tightness.
Ebenfalls zeichnerisch nicht dargestellt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Gehäuse des Separators als Einwegteil ausgebildet ist, beispielsweise in Form eines Also not shown in the drawing is an embodiment of the invention in which the housing of the separator is formed as a disposable part, for example in the form of a
Spritzgussteils aus Kunststoff. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass eine Sterilisation des Separators vor jedem Einsatz entfallen kann. Injection molding made of plastic. This embodiment has the advantage that a sterilization of the separator can be omitted before each use.
Figur 8 zeigt schließlich einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Zulaufs 26' und ggf. auch eines Ablaufs 30' in einer planparallelen Ebene zu den Finally, FIG. 8 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of an inlet 26 'and optionally also a drain 30' in a plane-parallel plane to the
Flächenelementen 3. Da die Suspension möglichst turbulenzarm durch die Abscheidekammer 1 geführt werden soll, um ungewollte Ablösungen von Mikropartikeln zu verhindern, besteht der in Figur 8 verwirklichte Gedanke der Erfindung darin, den Suspensionsstrom möglichst Area elements 3. Since the suspension should be guided through the deposition chamber 1 with as little turbulence as possible in order to prevent unwanted detachment of microparticles, the idea of the invention embodied in FIG. 8 is to maximize the suspension flow
turbulenzfrei von dem engen Strömungsquerschnitt der Zulaufleitung mit dem Durchmesser Di auf den Strömungsquerschnitt mit der größeren Querschnittsabmessung D2 der
Abscheidekammer 1 aufzuweiten. Da zu diesem Zweck der Suspensionsstrom bereits beim Eintritt in die Abscheidekammer 1 möglichst frei von Turbulenzen sein soll, besitzt der Zulauf 26' in Strömungsrichtung 5' einen ersten Längsabschnitt 42, über dessen Länge LA die Aufweitung 28' vollzogen wird und ein anschließender zylindrischer Längsabschnitt 43 der Länge Lz mit Rechteckquerschnitt. Das Längenverhältnis von Längsabschnitt 43 zu Längsabschnitt 42 ist vorzugsweise größer als 0,15 und liegt höchst vorzugsweise in einem Bereich von 0,25 bis 0,3. turbulence free of the narrow flow cross-section of the supply line with the diameter Di on the flow cross-section with the larger cross-sectional dimension D 2 of Expanding deposition chamber 1. Since, for this purpose, the suspension flow should be as free as possible from turbulence as soon as it enters the separation chamber 1, the inlet 26 'has a first longitudinal section 42' in the flow direction 5 'over whose length L A the expansion 28' is completed and a subsequent cylindrical longitudinal section 43 of length L z with rectangular cross section. The aspect ratio of longitudinal section 43 to longitudinal section 42 is preferably greater than 0.15 and most preferably in a range of 0.25 to 0.3.
Die Aufweitung 28' weist in Durchströmrichtung 5 einen stetigen Verlauf ohne Knicke und Kanten auf und geht ebenso stetig in den zylindrischen Längsabschnitt 43 über. Um einer Ablösung von Wirbeln am Innenumfang des sich weitenden Längsabschnitts 42 vorzubeugen, beträgt der Winkel α der Aufweitung 28' maximal 15 Grad und liegt höchst vorzugsweise in einem Bereich zwischen 8 Grad und 12 Grad. The widening 28 'has a continuous course in the direction of flow 5 without kinks and edges and likewise passes continuously into the cylindrical longitudinal section 43. In order to prevent detachment of vortices on the inner circumference of the widening longitudinal section 42, the angle α of the widening 28 'is at most 15 degrees and most preferably in a range between 8 degrees and 12 degrees.
Bevorzugterweise wird diese Geometrie des Zulaufs 26' mit umgekehrter Durchströmrichtung 5 auch auf den Ablauf 30 angewandt.
Preferably, this geometry of the inlet 26 'with the reverse flow direction 5 is also applied to the drain 30.
Claims
Vorrichtung zum Abscheiden magnetischer oder magnetisierbarer Mikropartikel aus einer Suspension (5) mittels Hochgradienten-Magnetseparation, Device for separating magnetic or magnetizable microparticles from a suspension (5) by means of high-gradient magnetic separation,
- mit einem Separator (12), dessen Gehäuse (13) eine Abscheidekammer (1) umschließt, die von der Suspension (5) in vorbestimmter Strömungsrichtung (5') durchströmbar ist, - With a separator (12) whose housing (13) encloses a separation chamber (1) through which the suspension (5) can flow in a predetermined flow direction (5 '),
- mit einer magnetischen oder magnetisierbaren Abscheidematrix (2), die mehrere im lichten seitlichen Abstand zueinander angeordnete Flächenelemente (3) umfasst, die in der Abscheidekammer (1) unter Bildung von Strömungsräumen (6) für die Suspension (5) angeordnet sind, with a magnetic or magnetizable deposition matrix (2) which comprises a plurality of surface elements (3) which are arranged in the clear lateral distance and which are arranged in the deposition chamber (1) to form flow spaces (6) for the suspension (5),
- mit einem Zulauf (26) und einem Ablauf (30), über welche die Suspension (5) in und aus den Strömungsräumen (6) geführt wird, und - With an inlet (26) and a drain (30) through which the suspension (5) is guided into and out of the flow spaces (6), and
- mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds (23), in dem der Separator (12) angeordnet ist, gekennzeichnet, durch eine optische Messeinrichtung (7) und ein Beleuchtungssystem (9), wobei zur Ermittlung der Größe des lichten Abstandes zwischen den Flächenelementen (3) die optischen Sichtachsen (8) der optischen Messeinrichtung (7) in den Strömungsräumen (6) verlaufen und das - With a device for generating a magnetic field (23), in which the separator (12) is arranged, characterized by an optical measuring device (7) and an illumination system (9), wherein for determining the size of the clear distance between the surface elements ( 3) extend the optical sight axes (8) of the optical measuring device (7) in the flow spaces (6) and the
Beleuchtungssystem (9) mindestens eine Lichtquelle besitzt, deren Licht (10) in die Strömungsräume (6) emittierbar ist. Lighting system (9) has at least one light source, the light (10) in the flow spaces (6) is emitted.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente (3) planparallel zueinander und parallel zur Strömungsrichtung (5) und/oder den optischen Sichtachsen (8) angeordnet sind. Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface elements (3) are arranged plane-parallel to each other and parallel to the flow direction (5) and / or the optical viewing axes (8).
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Abstand der Flächenelemente (3) maximal 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm. Apparatus according to claim 2, characterized in that the lateral spacing of the surface elements (3) is at most 5 mm, preferably between 0.5 mm and 2 mm.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld (23) senkrecht zur Ebene der Flächenelemente (3) gerichtet ist. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that the magnetic field (23) is directed perpendicular to the plane of the surface elements (3).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente (3) eine Vielzahl Öffnungen (4) besitzen, vorzugsweise mit jeweils rechteckförmigem Umriss.
Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the surface elements (3) have a plurality of openings (4), preferably each having a rectangular outline.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente (3) von einem Metallblech oder einem Metallgitter gebildet sind. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surface elements (3) are formed by a metal sheet or a metal grid.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the
Flächenelemente (3) über Halteelemente (41) miteinander verbunden und in ihrer relativen Lage zur Abscheidekammer (1) fixiert sind. Surface elements (3) via holding elements (41) connected to each other and fixed in their relative position to the deposition chamber (1).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Flächenelemente (3) und Halteelemente (41) eine in sich stabile Einheit bilden, die als Ganzes der 8. The device according to claim 7, characterized in that surface elements (3) and holding elements (41) form a stable unit, which as a whole the
Abscheidekammer (1) entnehmbar ist. Separating chamber (1) can be removed.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the
optischen Sichtachsen (8) der optischen Messeinrichtung (7) senkrecht oder parallel zur Strömungsrichtung (5) verlaufen. optical sight axes (8) of the optical measuring device (7) perpendicular or parallel to the flow direction (5).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the
Gehäuse (13) zumindest ein erstes optisches Fenster (24) aufweist und die optische Messeinrichtung (7) außerhalb der Messkammer (1) angeordnet ist und die optischen Sichtachsen (8) sich durch das optische Fenster (24) in die Abscheidekammer (1) erstrecken. Housing (13) has at least a first optical window (24) and the optical measuring device (7) outside the measuring chamber (1) is arranged and the optical viewing axes (8) through the optical window (24) in the deposition chamber (1) ,
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ( 3) zumindest ein zweites optisches Fenster (24) aufweist und das 11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the housing (3) has at least a second optical window (24) and the
Beleuchtungssystem (9) außerhalb der Abscheidekammer (1) angeordnet ist und das Licht (10) durch das zweite optische Fenster (24) in die Abscheidekammer (1) emittierbar ist. Lighting system (9) outside the deposition chamber (1) is arranged and the light (10) through the second optical window (24) in the deposition chamber (1) is emitted.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste 12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the first
und/oder zweite optische Fenster (24) zur In-situ-Dampfsterilisation temperaturbeständig ausgebildet sind. and / or second optical window (24) are designed for in-situ steam sterilization temperature resistant.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle des Beleuchtungssystems (9) zur Erzeugung von Gegenlicht der optischen Messeinrichtung (7) gegenüberliegend angeordnet ist.
13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the light source of the illumination system (9) for generating back light of the optical measuring device (7) is arranged opposite one another.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Strömungsräume (6) emittierte Licht (10) diffuses Licht ist. 14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the flow spaces (6) emitted light (10) is diffused light.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) des Separators (12) aus zwei Seitenteilen besteht, deren einander zugewandte Seite (14, 15) die Abscheidekammer (1) bilden. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the housing (13) of the separator (12) consists of two side parts, whose mutually facing side (14, 15) form the deposition chamber (1).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Separators monolithisch ausgebildet ist, mit einer durchgehenden Öffnung zur Bildung einer Abscheidekammer. 16. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the housing of the separator is monolithic, with a through opening for forming a deposition chamber.
17. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (26) eine sich in Strömungsrichtung (5) auf den Strömungsquerschnitt der Abscheidekammer (1) weitende Aufweitung (28') besitzt, die vorzugsweise einen stetigen Verlauf aufweist. 17. Device according to one of the claims 1 to 16, characterized in that the inlet (26) in the flow direction (5) on the flow cross section of the deposition chamber (1) widening expansion (28 ') has, preferably has a steady course.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an den die Aufweitung (28') bildenden Längsabschnitt (42) ein zylindrischer Längsabschnitt (43) mit den Querschnittsabmessungen der Abscheidekammer (1) anschließt. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that at the widening (28 ') forming longitudinal portion (42) is followed by a cylindrical longitudinal portion (43) with the cross-sectional dimensions of the deposition chamber (1).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis von zylindrischem Längsabschnitt (43) zu sich weitendem Längsabschnitt (42) mindestens 0,15 beträgt, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,25 und 0,3 liegt. 19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the length ratio of the cylindrical longitudinal portion (43) to be weitendem longitudinal portion (42) is at least 0.15, preferably in a range between 0.25 and 0.3.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α der Aufweitung (28') maximal 15 Grad beträgt, vorzugsweise zwischen 8 Grad und 12 Grad liegt.
20. Device according to one of claims 17 to 19, characterized in that the angle α of the expansion (28 ') is a maximum of 15 degrees, preferably between 8 degrees and 12 degrees.
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