(57)【要約】  遠心分離機は、動作の原料供給モードの間それを通じて液体原料が注入される開口部を備えた円錐形の下端を有する円筒形のボウルを含む。原料供給モードの間、固体は、液体原料から分離し、ボウルが高速で回転するにつれボウルの内部表面に沿って蓄積する。固体の蓄積の後、ボウルの回転は停止し、残留液体は、重力によりボウルから排出される。動作の固体排出モードにおいて、ピストン組立部品のピストンは、圧縮ガスや圧媒液などの流体に反応して垂直軸に沿って下向きに駆動される。ピストンの下方向の動きは、ボウルの円錐形の下端中の開口部を通じて、ボウルから蓄積した固体を押し出す。固体は、ボウルから出口ポートに至る通路に進み、そこで固体は分離機から出る【選択図】図５
2009506884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心分離機のための固体排出組立部品であって、
分離機のためのボウルの内部表面に対して移動可能に配置されたピストンであって、そのピストンが上部および下部を含むもの、および
ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートであって、ピストンの下部より下のボウル内の流圧と比較してピストンの上部より上の流圧を増大させることによりピストンがボウル内で動くもの。
【請求項２】
請求項１の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、動作の固体排出モードの間、ピストンの上部より上でのボウル内への流体の添加により、ピストンがボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を押し出すもの。
【請求項３】
請求項１の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、ボウルの下端およびピストンの下部が相補的な形状を有するもの。
【請求項４】
請求項３の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、ピストンの下部およびボウルの下端が実質的に円錐台形状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）をしているもの。
【請求項５】
さらに、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加するために機能するポートを含み、ピストンの上部より上のボウル内の流圧と比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることによりピストンがボウル内で動くもの。
【請求項６】
請求項５の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、ピストンの下部より下でのボウル内への流体の添加によりピストンがボウルの上端に向けて動くもの。
【請求項７】
さらに分離機の上端領域でバルブを含む、請求項１の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、ピストンの上部より上でのボウルの加圧を可能とするためバルブが動作可能であるもの。
【請求項８】
請求項７の遠心分離機のための固体排出組立部品であって、バルブに動作可能に付随した環状部材に対して加えられた流圧に反応してバルブが作動するもの。
【請求項９】
以下を含む遠心分離機：
開口部を備えた下端を有する分離機のための円筒形のボウルであって、ボウルが液体原料から固体を分離するよう高速で回転するため動作の原料供給モード中に機能し、固体がボウルの内部表面に沿って蓄積するもの；
以下を含む固体排出組立部品
ボウルの内部表面に対して可動的に配置されるピストンであってそのピストンが上部および下部を含むものと
ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートであって、ピストンの下部より下のボウル内の流圧と比較してピストンの上部より上のボウル内の流圧を増大させることより、ピストンがボウル内で動くもの；ならびに
第１のバルブ部材であって、その第１のバルブ部材が排出通路を画定し、排出通路が、第１のバルブ部材が閉位置にあるときに、液体がボウル中の開口部から排出されるのを可能とするため機能するもの。
【請求項１０】
請求項９の遠心分離機であって、動作の固体排出モードの間、ピストンの上部より上でのボウル内への流体の添加がボウルに関して軸方向に下向きにピストンを動かすもの。
【請求項１１】
請求項１０の遠心分離機であって、動作の固体排出モードの間、ピストンがボウル中の開口部を通じてボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を押し出すもの。
【請求項１２】
請求項９の遠心分離機であって、液体がボウルから通路内へと重力により排出されるのを可能とするようボウル中の開口部および排出通路が構成されるもの。
【請求項１３】
請求項９の遠心分離機であって、第１のバルブ部材が原料供給通路を画定し、原料供給通路が、液体原料をボウル内に注入できるよう動作の原料供給モード中にボウル中の開口部と協働するもの。
【請求項１４】
請求項９の遠心分離機であって、第１のバルブ部材が、回転軸を中心として第１のバルブ部材を回転させるためにバルブ・アクチュエーターと機能的に連結されるもの。
【請求項１５】
請求項９の遠心分離機であって、ボウルの下端およびピストンの下部が相補的な形状をしているもの。
【請求項１６】
請求項１５の遠心分離機であって、ピストンの下部およびボウルの下端が実質的に円錐台形状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）をしているもの。
【請求項１７】
さらにピストンの下部より下でボウル内に流体を添加するため機能するポートを含む請求項９の遠心分離機であって、ピストンの上部より上のボウル内の流圧と比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることにより、ピストンがボウル内で動くもの。
【請求項１８】
請求項１７の遠心分離機であって、ピストンの下部より下でのボウル内への流体の添加によりピストンがボウルの上端に向かって動くもの。
【請求項１９】
さらに分離機の上端領域でバルブを含む請求項９の遠心分離機であって、ピストンの上部より上でボウルを加圧するためバルブが動作可能であるもの。
【請求項２０】
請求項１９の遠心分離機であって、バルブに動作可能に付随した環状部材に対して加えられた流圧に反応してバルブが作動するもの。
【請求項２１】
以下を含む遠心分離機：
開口部を備えた下端を有する分離機のための円筒形のボウルであって、ボウルが液体原料から固体を分離するよう高速で回転するため動作の原料供給モード中に機能し、固体がボウルの内部表面に沿って蓄積するもの；
以下を含む固体排出組立部品
ボウルの内部表面に対して可動的に配置されるピストンであって、そのピストンが上部および下部を含むものと、
ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートであって、ピストンの下部より下のボウル内の流圧と比較してピストンの上部より上のボウル内の流圧を増大させることより、ピストンがボウル内で動くもの；
ボウルの開口部に近接する第１のバルブ部材であって、その第１のバルブ部材が、回転軸を中心として第１のバルブ部材を回転させるためにバルブ・アクチュエーターと機能的に連結されるもの；
第１のバルブ部材が閉位置にあるときに第１のバルブ部材の下面と協働する第２のバルブ部材；ならびに
第２のバルブ部材が近接して配置された最上端を有するバルブ・ピストンであって、そのバルブ・ピストンがボウルに関して第２のバルブ部材を動かすために機能するもの。
【請求項２２】
請求項２１の遠心分離機であって、動作の固体排出モードの間、バルブ・ピストンが、ボウル中の開口部と協働するため垂直軸に沿って上向きに第２のバルブ部材を動かすもの。
【請求項２３】
請求項２１の遠心分離機であって、動作の原料供給モードの間、第１のバルブ部材が閉位置にあって、液体原料をボウル内に注入できるようボウル中の開口部と協働する原料供給通路を画定するもの。
【請求項２４】
請求項２１の遠心分離機であって、第１のバルブ部材が排出通路を画定し、排出通路が、第１のバルブ部材が閉位置にあるときに、液体が重力によりボウル中の開口部から排出されるのを可能とするため機能するもの。
【請求項２５】
請求項２１の遠心分離機であって、第１の通路が部分的にバルブ・ピストン内に配置され、第１の通路がバルブ・ピストンの最上端で第２のバルブ部材と協働し、これにより、ボウル中の開口部および第１の通路が、ボウルからの固体が動作の固体排出モード中に第１の通路を通過できるよう構成することができるもの。
【請求項２６】
請求項２５の遠心分離機であって、第１の通路が、バルブ・ピストン内に部分的に配置された第２の通路と協働し、これにより、第１の通路のバルブ部材が開いているときに、第２の通路のためのポートを通じて添加される流体が第１の通路に入りそこにある固体に接触するもの。
【請求項２７】
請求項２１の遠心分離機であって、環状フランジがバルブ・ピストンの周囲に配置され、これにより、バルブ・ピストンが環状フランジに対して加えられる流圧に反応して動くもの。
【請求項２８】
請求項２１の遠心分離機であって、動作の固体排出モードの間、ピストンの上部より上でのボウル内への流体の添加がボウルに関して軸方向に下向きにピストンを動かすもの。
【請求項２９】
請求項２８の遠心分離機であって、動作の固体排出モードの間、ピストンがボウル中の開口部を通じてボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を押し出すもの。
【請求項３０】
請求項２１の遠心分離機であって、ボウルの下端およびピストンの下部が相補的な形状をしているもの。
【請求項３１】
請求項３０の遠心分離機であって、ピストンの下部およびボウルの下端が実質的に円錐台形状（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）をしているもの。
【請求項３２】
さらに、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加するため機能するポートを含む請求項２１の遠心分離機であって、ピストンの上部より上のボウル内の流圧と比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることにより、ピストンがボウル内でボウルの上端に向かって動くもの。
【請求項３３】
さらに分離機の上端領域でバルブを含む請求項２１の遠心分離機であって、ピストンの上部より上でのボウルの加圧を可能とするためバルブが動作可能であるもの。
【請求項３４】
請求項３３の遠心分離機であって、バルブに動作可能に付随した環状部材に対して加えられた流圧に反応してバルブが作動するもの。
【請求項３５】
請求項２１の遠心分離機であって、第１の通路がバルブ・ピストン内に部分的に配置され、第１の通路がバルブ・ピストンの最上端での第２のバルブ部材、および部分的にバルブ・ピストン内に配置された第２の通路と協働するもの。
【請求項３６】
請求項３５の遠心分離機であって、第１の通路のバルブ部材が閉じているとき、第２の通路のためのポートを通じて添加された流体がピストンの下部より下でボウルに入り、これにより、ピストンの上部より上のボウル内の流圧と比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることにより、ピストンがボウル内でボウルの上端に向かって動くもの。
【請求項３７】
遠心分離機から固体を排出する方法であって、
以下を含む固体排出組立部品を提供すること
分離機のためのボウルの内部表面に対して可動的に配置されるピストンであって、そのピストンが上部および下部を含むものと、
ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートであって、ピストンの下部より下のボウル内の流圧と比較してピストンの上部より上のボウル内の流圧を増大させることにより、ピストンがボウル内で動くもの；
駆動ポートを通じて流体を添加し、ピストンの下部より下のボウル内の流圧に比較してピストンの上部より上の流圧を増大させて、ピストンをボウル内で動かすこと；ならびに
ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体をボウルから排出すること。
【請求項３８】
さらに駆動ポートを通じて流体を添加する前にボウルの高速回転により固体をボウルから分離するためボウル内に液体原料を注入することを含む、請求項３７の方法。
【請求項３９】
さらに、ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体をボウルから排出した後に、ピストンをボウル内で動かすため、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加し、ピストンの上部より上のボウル内の流圧に比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることにより、実質的に最上部までピストンを戻すことを含む、請求項３７の方法。
【請求項４０】
遠心分離機から固体を排出する方法であって、
以下を含む遠心分離機を提供すること：
開口部を備えた下端を有する分離機のための円筒形のボウルであって、ボウルが液体原料から固体を分離するために高速で回転するため動作の原料供給モード中に機能し、固体がボウルの内部表面に沿って蓄積するもの、
ボウルの内部表面に対して可動的に配置されるピストンであってそのピストンが上部および下部を含むものと、ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートを含む固体排出組立部品であって、ピストンの下部より下のボウル内の流圧と比較してピストンの上部より上のボウル内の流圧を増大させることより、ピストンがボウル内で動くもの、
ボウルの開口部に近接する第１のバルブ部材であって、その第１のバルブ部材が、回転軸を中心として第１のバルブ部材を回転させるためにバルブ・アクチュエーターと機能的に連結されるもの、
第１のバルブ部材が閉位置にあるときに第１のバルブ部材の下面と協働する第２のバルブ部材、ならびに
第２のバルブ部材が近接して配置された最上端を有するバルブ・ピストンであって、バルブ・ピストンがボウルに関して第２のバルブ部材を動かすために機能するもの；
駆動ポートを通じて流体を添加し、ピストンの下部より下のボウル内の流圧に比較してピストンの上部より上の流圧を増大させて、ピストンをボウル内で動かすこと；ならびに
ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体をボウルから排出すること。
【請求項４１】
さらに駆動ポートを通じて流体を添加する前にボウルの高速回転により固体をボウルから分離するためボウル内に液体原料を注入することを含む、請求項４０の方法。
【請求項４２】
さらに、ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体をボウルから排出した後に、ピストンをボウル内で動かすため、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加し、ピストンの上部より上のボウル内の流圧に比較してピストンの下部より下のボウル内の流圧を増大させることにより、実質的に最上部までピストンを戻すことを含む、請求項４０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多くの様々な種類の遠心分離機が、異成分からなる混合物を比重に基づき各成分に分離することで知られている。典型的には、供給原料または液体原料という場合もある異成分からなる混合物は、遠心分離機の回転ボウル内に注入される。回転ボウルは、高速でスピンし、高い比重を有する混合物の成分が沈降により混合物から分離することを強いる。その結果、高密度の固体は、内部の表面またはボウルの壁に対してケーキとして強く圧縮され、浄化された液体がケーキから内部に向かって放射状に生じる。ボウルは、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）から固体を分離するため、重力の２０，０００倍の力を生むのに十分な速度でスピンする場合がある。
【０００２】
固体がボウルの壁に沿って蓄積するにつれ、浄化された液体はボウルから出ていき、「分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）」として分離機から出る。望ましい量の固体が蓄積されたと一旦決定されると、分離機は、排出モードに置かれ、このモードで、固体は分離機から除去される。しばしば、ボウルの壁から固体を擦り取るために、例えば内部スクレーパーが固定される。
【背景技術】
【０００３】
従来の分離機は、特定の種類の固体および液体を排出するときに多くの欠点を有する。例えば、いくつかの分離機は、粘着性の固体を完全に排出することができず、結果的に収率が不十分となる場合がある。不十分な収率は、製薬工程で遭遇するような高価な固体にとって特に問題である。従来の分離機はまた、供給原料をボウルの回転速度まで加速するときに材料を非常に強い剪断力にかけ、このことが、例えば、傷つきやすい化学物質または無傷細胞などの生体物質を損傷する場合がある。
【０００４】
いまだに他の分離機は、傷つきやすい固体を処理し回収するための簡便な手段を提供しない。例えば、固体の排出および回収を援助するため、通常オペレーターが使用される。そのようなオペレーターの介入を必要とする分離機は、しばしば、汚染の問題が難点となる。さらに、いくつかの分離機は、固体回収を容易とするため数多くの機械部品を用い、このことが分離機の耐久性に影響を与える場合がある。いくつかの部品は通常、分離機の外側にあるか、または追加設備の形式であり、このことが寸法だけでなく互換性の問題を引き起こす。従来の分離機は、保守費用を著しく増大させずに、洗浄または滅菌するのが困難である傾向も有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の種類の固体、すなわち粘着性の蓄積物を生じまたは遠心分離中に生じる剪断力に対して傷つきやすい固体に対して効率的に使用することができる遠心分離機を得ることが望ましいであろう。外部汚染の可能性または追加の機械的設備なしにそのような固体を容易に回収することができる分離機を得ることも望ましいであろう。そのような分離機は、便利に洗浄し、またはその場で消毒することができることも必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
分離機は、動作の原料供給モードの間それを通じて供給原料または液体原料が注入される開口部を備えた円錐形の下端を有する円筒形のボウルを含んでもよい。ボウルが高速でスピンまたは回転するにつれて、注入された液体原料は、ボウルの円錐形の下端の傾斜のある表面に遭遇する。回転加速力は、液体が外側に向かって放射状にその移動を継続するにつれて、相対的に徐々に加えられる。固体はこのとき液体原料から分離し、ボウルの内部表面に沿って、例えばケーキとして蓄積する。
【０００７】
さらに分離機は、ボウルの内部表面との固く嵌合した関係によりボウル内部に配置されたピストン組立部品を含んでもよい。ピストンは、分離機の動作の異なるモード中に空気圧または液圧が接触する上部および円錐形の下部を備える。例えば、固体排出モードにおいて、圧縮ガスや圧媒液などの流体は、ピストンの上部に対して作用し、これを軸方向に下向きに付勢して、ボウルの円錐形の下端中の開口部を通じてボウルから蓄積した固体を押し出す。ピストンを動かすための典型的な種類の圧縮ガスは、窒素およびアルゴンを含む。同様に、ボウル中でピストンを動かすための典型的な圧媒液は、蒸留水を含んでもよい。１つの実施形態において、ボウルの下端およびピストンの下部は、固体の比較的完全な排出を促進するため、相補的な形状をしている。例えば、ボウルの下端およびピストンの下部は、実質的に円錐台（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｉｃａｌ）の形状を備えていてもよい。
【０００８】
本発明の分離機については、液体原料からの液圧ならびに一または複数のピストン・シールとボウルの内部表面または壁の間の摩擦力により、動作の原料供給モード中、ピストンを最も高い位置に保持することができる。該シールは、ピストンの周囲でボウルの内部表面に隣接して配置することができる。ピストンは、原料供給モード中に開くよう付勢できる分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブを含み、固体が分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブから分離された後、液体原料が浄化された液体として、ボウルから、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポートに至る通路を有する分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケースへと流れ出ることを可能にする。ピストンが固体排出の間ピストンの上部に対して作用する流体により下向きに付勢されるにつれて、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブは、自動的に閉鎖して、蓄積した固体が分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース中に移動するのを防止する。
【０００９】
ピストンがその最も高い位置に保持されると、液体原料からの固体の高速回転分離が行われるにつれて、ピストンはボウルとともに回転することが可能となる。原料供給モードおよび固体分離の間、浄化された液体はボウルから出て、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケースに入る。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケースは、空気圧または液圧により開きまたは閉じるよう付勢できる隔離バルブも含んでよい。例えば、隔離バルブは原料供給モードで開かれ、これにより浄化された液体は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポートおよび開いた分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブを通じて流れ、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）として分離機から出ることが可能となる。原料供給モードが完了するにつれて、一または複数のピストン・シールとボウルの内部表面ならびにボウル内に蓄積した固体との間の摩擦力によってピストンが実質的にその最も高い位置に保持されるように、液体原料からの液圧は減少する。動作の原料供給モードが完了したとき、ボウルは、回転を中止し、分離機中の残存液体または残留液体は、重力により、ボウルの円錐形の下端中の開口部を通じて流れる。
【００１０】
分離機は、残留物迂回バルブがボウルの円錐形の下端中の開口部にあるときに、回転可能な残留物迂回バルブの下に移動可能に設置される固体迂回バルブを含む、迂回組立部品も備えてよい。残留液体がボウルから排出されるとき、残留物迂回バルブは閉位置にあり、液体がボウルから残留液体排出通路内へ流れることが可能になる。液体排出通路は、排出口に通じており、そこで残留液体は、分離機から出る。動作の固体排出モードは、例えば、残留液体が分離機ボウルから実質的に排出された後に開始してもよい。
【００１１】
固体排出モードにおいて、残留物迂回バルブ・アクチュエーターは、固体迂回ピストンによってボウル中の開口部内へと通じるよう固体迂回バルブを上向きに付勢できるように、残留物迂回バルブを開位置へと回転させる。このとき分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブが閉じられ、迂回組立部品のための固体出口ポート・バルブが開かれる。隔離バルブも、隔離バルブに付随する環状部材に対して作用する圧縮ガスや圧媒液などの流体により閉じるよう付勢され、これが、その作動および動きを制御する。さらに上述のように、ピストンは、その上部に対して作用する流体により、固体排出の間、垂直軸に沿って下向きに付勢される。ピストンは次に、開いた固体出口ポート・バルブを備えた固体出口ポートに至る固体通路内へと、ボウルからの蓄積した固体を押し出し、または「汲み出す」。
【００１２】
１つの実施形態において、分離機のための固体排出組立部品は、ボウルの内部表面に対して移動可能に配置されたピストンを備える。ピストンは、上部と下部を含んでもよい。固体排出組立部品は、ピストンの上部より上でボウル内に流体を添加するために機能する駆動ポートも備えてよい。ボウル内におけるピストンの上部より上の流圧がボウル内におけるピストンの下部より下の流圧に比較して増大すると、ピストンはボウル内で動く。例えば、固体排出の間、ピストンの上部より上でのボウル内への流体の添加は、ピストンを軸方向で下向きに動かすことができる。好ましくは、ピストンは、ボウルに関して軸方向に下向きに付勢される。上述のように、動作の固体排出モードの間、その上部より上でのボウルに対する流体の添加により、ピストンは、ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を押す。
【００１３】
固体排出組立部品は、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加するために機能するポートも含む場合がある。ボウル内のピストンの下部より下の流圧がボウル内のピストンの上部より上の流圧に比較して増大すると、ピストンはボウル内で動く。例えば、ピストンの下部より下でのボウル内への流体の添加により、ボウルの上端に向けてピストンを動かすことができる。別の実施形態において、分離機は、その上端領域においてバルブも含んでよく、このバルブは、ピストンの上部より上でのボウルの加圧を可能とするため作用する。該バルブは、それに動作可能に付随する環状部材に対して加えられる流圧に反応して作動させることができる。
【００１４】
別の実施形態において、本発明の分離機は、開口部を備えた下端を有する円筒形のボウルを含んでもよい。動作の原料供給モードの間、ボウルは、液体原料から固体を分離するよう高速で回転するため機能する。上述のように、固体は、ボウルの内部表面に沿って蓄積する。分離機は、固体排出組立部品および第１のバルブ部材も備えてよく、これが排出通路を画定する。排出通路は、第１のバルブ部材が閉位置にあるときに、ボウル中の開口部から液体が排出されるのを可能とするため機能する。好ましくは、ボウル中の開口部および排出通路は、液体がボウルから通路内に重力により排出されるのを可能とするため構成することができる。
【００１５】
第１のバルブ部材は、動作の原料供給モード中にボウル中の開口部と協働しまたは該開口部に近接する原料供給通路も限定してよい。原料供給通路は、液体原料がボウル内に注入されるのを可能とする。第１のバルブ部材は、回転軸の周囲の部材を回転させるためバルブ・アクチュエーターとも機能的に連結することができる。１つの実施形態において、分離機は、第１のバルブ部材が閉位置にあるときに第１のバルブ部材の下面と協働する第２のバルブ部材も含んでよい。さらに分離機は、第２のバルブ部材が近接して配置される最上端を有するバルブ・ピストンを備えてもよい。バルブ・ピストンは、ボウルに関して第２のバルブ部材を動かすため機能してもよい。例えば、固体排出の間、バルブ・ピストンは、ボウル中の開口部と協働するため、垂直軸に沿って上向きに第２のバルブ部材を動かすことができる。同様に、動作の原料供給モードの間、第１のバルブ部材は閉位置にあり、原料供給通路を画定し、これが、上述のように、液体原料がボウル内に注入されるのを可能とするためボウル中の開口部と協働してもよい。
【００１６】
１つの実施形態において、本発明の分離機は、バルブ・ピストン内に部分的に配置された第１の通路を含んでもよい。例えば、第１の通路は、バルブ・ピストンの最上端で、第２のバルブ部材と協働してもよい。分離機ボウル中の開口部および第１の通路は、ボウルからの固体が、固体排出中に第１の通路を通過できるよう構成することもできる。第１の通路は、第２の通路のためのポートを通じて添加される流体が第１の通路内の固体に接触するため第１の通路に入ることができるよう、バルブ・ピストン内に部分的に配置される第２の通路と協働してもよい。好ましくは、第２の通路のためのポートを通じて添加される流体は、第１の通路のバルブ部材が開いているときに、第１の通路に入り、そこにある固体に接触する。分離機のバルブ・ピストンは、バルブ・ピストンが環状フランジに対して加えられる流圧に反応して動くよう、バルブ・ピストンの周囲に配置された環状フランジも備えてよい。
【００１７】
１つの実施形態において、分離機は、バルブ・ピストン内に部分的に配置された第１の通路も含む。第１の通路は、例えば、バルブ・ピストンの最上端での第２のバルブ部材、およびバルブ・ピストン内に部分的に配置された第２の通路と協働してもよい。好ましくは、第１の通路のバルブ部材が閉じると、第２の通路のためのポートを通じて添加された流体は、ピストンの下部より下でボウルに入る。ポートを通じて注入される流体は、ボウル内におけるピストンの下部より下の流圧をボウル内におけるピストンの上部より上の流圧に比較して増大させ、それによりピストンがボウルの上端に向かって動く。
【００１８】
本発明は、遠心分離機から固体を排出する方法も提供する。１つの実施形態において、その方法は、上述の分離機および／または固体排出組立部品を提供すること、ならびに流体を駆動ポートを通じて注入し、ボウル内におけるピストンの上部より上の流圧をボウル内におけるピストンの下部より下の流圧に比較して増大させ、それによりピストンをボウル内で動かすことを含む。その方法は、ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を排出することも含む。さらにその方法は、ボウルの高速回転により、固体分離のためボウル内に液体原料を注入することを特色とする。好ましくは、液体原料は、駆動ポートを通じて流体を添加する前に、ボウル内に注入される。本発明の方法は、実質的に最も高い位置にピストンを戻すことも含む。ピストンは、ピストンの下部より下でボウル内に流体を添加しボウル内におけるピストンの下部より下の流圧をボウル内におけるピストンの上部より上の流圧に比較して増大させることにより、実質的にピストンの最上部まで戻すことができる。ピストンは、好ましくは、ボウルの内部表面に沿って蓄積した固体を排出した後に、実質的にピストンの最上部まで戻される。本発明は、特定の順番または方法により上記の方法を実行することも企図する。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図に関連して挙げる以下の詳細な説明から明らかである。
【００２０】
［発明の効果］
本発明に従って、粘着性の固体に対して良好に機能し、供給原料の低剪断力の加速を示す遠心分離機が開示される。分離機は、化学物質または生体物質といった傷つきやすい固体にとって特に有益となり得る。本発明の分離機は、オペレーターの介入または追加の機械的設備なしに、傷つきやすい固体、液体、原料またはそれらの組合わせを回収することができる。この分離機は、便利に洗浄しまたはその場で消毒することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［発明の詳細な説明］
図１は、水平断面も図解するため中間部を取り外した垂直断面の遠心分離機を示す。遠心分離機は、分離機ハウジング１３の中央領域１１に取り付けた円筒形の分離機ボウル１９を含む。好ましくは、分離機ボウルは、その直径よりも大きい長さを有してもよい。ボウルの長さをその直径よりも大きくすることにより、ボウル中の「末端効果」をボウルの内部容積に関して最小とすることができる。一般に、末端効果は、ボウルの内側および特にその末端の周囲の傾いた部分に沿って、流体渦によって引き起こされることがある。１つの実施形態において、分離機ボウル１０は、長さＬ／直径Ｄの比率が概ね５／１以上となるような比較的小さい直径Ｄと長さＬを有する円筒型のボウルでもよい。Ｌ／Ｄの該比率は、軸波がボウルの長さを通過するにつれて実質的に消散するため、軸波がボウル内で成長するのを妨げる傾向がある。概ね５／１以上のＬ／Ｄ比率を用いることにより、本発明の分離機は、軸波を最小とするため従来の分離機で使用されるボウル内のバッフルが必要となるのを避けることもできる。
【００２２】
図１における分離機は、ピストン１２を含むピストン組立部品も含む。図に示すように、ピストン１２は、ボウル１０の円錐形の下端１７の形状に整合する円錐形の下部を有してもよい。円錐形の下端１７は、分離機のための動作の原料供給モードの間、液体原料の回転加速器として機能する。分離機は、上部１９において、空気圧または液圧により開きまたは閉じるよう付勢される隔離バルブ２６を有する分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０も備えてよい。
【００２３】
可変速駆動モーター１６は、駆動ベルト５により、分離機ハウジング１３のための上端の襟状延長部分２２に設置される据付け軸受紡錘組立部品２３の駆動滑車１８に接続することもできる。本発明の分離機は、他の従来のモーターおよび駆動のシステムを使用して操作することもできる。好ましくは、軸受紡錘組立部品２３は、半球状の部分１および短い円筒形の軸受部分２０を含んでもよいが、本発明に従って他の適切な組立部品形状を使用することもできよう。１つの実施形態において、半球状の部分は、上の半球状の部分および下の半球状の部分からなる。任意選択で、半球状の部分１は、一または複数の台座の合わせ面に寄り掛かってもよい。例えば、図１は、半球状の部分１のそれぞれ上および下の半球状の部分に圧縮接触する台座２４および２５を示す。本発明の分離機に用いることができる典型的な半球状の部分は、米国出願番号第１０／８７４，１５０号により説明されており、同出願は、参照により本書に組み込まれる。
【００２４】
典型的な台座２４および２５は、分離機の中央垂直軸４１の周囲の半球状の部分１の移動をある程度許容するよう、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とする原料などの低摩擦成分を含んでもよい。台座２４および２５は、半球状の部分１が、外側に向かって放射状にまた軸方向に上向きまたは下向きに処理するのを防止する傾向がある。さらに台座２４および２５は、紡錘部分２０が動作中に高速で分離機の中央垂直軸４１を中心として回転しているとき、紡錘部分２０の垂直および水平の旋回の量を制限することができる。紡錘部分２０の旋回は、例えばゴム製の任意選択の揺れ耐性リング２１により、減衰させることもできる。そのような放射状または軸方向の処理を防止し旋回の量を制限することにより、回転するボウル１０の自然振動数に伴う振動を減らすことができる。台座２４および２５は、例えば、組立部品２３またはそのハウジングの回転並進などの並進を実質的に防止する、アーチ形の台座部分であってもよい。一般に、該並進の防止は、半球状の部分１を機能的に安定させることができる。
【００２５】
１つの実施形態において、台座２４および２５は、連続するリング部材、別個の安定化部材または該部材の組合わせとして形成することができる。台座２４および２５は、その半球状の部分１との圧縮接触を例えば分離機のための特定の処理要件により修正できるよう、調整可能とすることができる。台座２４および２５の該調整可能性は、例えば、それに付随する一または複数の調整部材の使用により促進することができる。上記のように、本発明は、半球状の部分１の上および／または下の半−半球状の部分に圧縮接触できる個々の台座を用いることも企図する。
【００２６】
据付け軸受紡錘組立部品２３の回転は、例えば回転防止ピン２９などの位置調整部材によって防止することもできる。例えば、図１は、組立部品２３中の拡張された開口部の中に延びるよう位置を調整されたピン２９を示す。１つの実施形態において、該位置調整部材は、例えば、組立部品２３またはそのハウジングの回転並進などの並進を実質的に防止するため、軸受紡錘組立部品２３のための取付領域と協働してもよい。図に示すように、回転防止ピン２９は、紡錘部分２０の旋回に干渉しないよう、組立部品２３中の開口部内で動くことができる。分離機が受ける回転および旋回の程度は、高速分離が生じる速度と関連する場合がある。駆動モーター１６も、液体原料の分離のための望ましい速度で分離機ボウル１０を回転させるため、制御可能に操作することができる。
【００２７】
図１には、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３２、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４も示し、これらの全ては、動作の間、ボウル１０からの浄化された液体の除去および分離機からの分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の除去に関与する。以下でより詳細に説明するように、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０は、液体原料が原料供給モードにおいてボウル１０に入るときに開いている隔離バルブ２６を含む。隔離バルブ２６は、好ましくはその周囲に配置される環状部材９を含んでもよい。原料供給モードの間、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３も、開いたまま維持される。対照的に、隔離バルブ２６および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３３はいずれも、固体が分離機から汲み出されるときに閉じる。隔離バルブについては、図１０を参照して以下でより詳細に説明し、図１０は、原料供給モードの間の分離機の上部１９を示す。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３は、手動により、または従来の自動バルブ制御組立部品により、閉じることもできる。分離機はさらに、分離機ハウジング１３の下端領域３９を含む。
【００２８】
図１は、例えば、回転可能な残留物迂回バルブ９２の下面より下で分離機ハウジング１３の下端領域３９に移動可能に設置される固体迂回バルブ９０を有する分離機の実施形態も図解する。任意選択で、残留物迂回バルブ９２の下面は、固体迂回バルブ９０内に部分的に延びる機構を有してもよい。ボウル１０の円錐形の下端１７中の開口部７６に設置される残留物迂回バルブ９２は、閉位置で示され、この位置は、原料供給モードの間維持される。閉じているとき、バルブ９２は、液体原料ポート９６に連通している液体原料通路９４、ならびに残留液体排出ポート１００に連通している残留物排出通路９８を画定する。残留物迂回バルブ９２は、受入部材１２０内に連通するよう配置することもでき、受入部材１２０は、分離機ハウジング１３の下端３９と一体化して提供することもできる。バルブ９２は、固体迂回バルブ９０をボウルに対して開口部７６に連通するため上向きに付勢できるよう、軸６を中心としてその閉位置から回転させることもできる。
【００２９】
本発明の分離機は、図１に示すように、好ましくは固体迂回ピストン１０２内に軸方向に配置され、最下端で迂回ピストン１０２を超えて延び固体出口ポート１０６および固体出口ポート・バルブ１０７を組み込む固体通路１０４も含む。通路１０４、ピストン１０２、ポート１０６およびバルブ１０７はそれぞれ、動作の固体排出モードの間、遠心分離機からの蓄積した固体の除去に関与する。固体が分離機ボウル１０から汲み出される間、固体出口ポート・バルブ１０７は、例えば固体が固体通路１０４から固体出口ポート１０６を通り分離機から出ることが可能となるよう、開いていてもよい。
【００３０】
固体出口ポート・バルブ１０７は、手動により、または従来の自動バルブ制御組立部品により、開くことができる。固体排出モードは、一般に、例えば無傷細胞などの傷つきやすい固体の汲出しおよび回収を行い、追加の処理なしにこれらの固体を別の工程または保管容器に移すことができる。オペレーターが固体を処理することがないため、固体が損傷または汚染される可能性が低くなる。例えば図１の分離機などの本発明の分離機は、上述のように特定の用途に適するであろう通路、バルブ、ピストン、アクチュエーター、組立部品、ポート、部材等の構成または配置も備えてよい。
【００３１】
洗浄通路１０８も、好ましくは固体通路１０４と平行に固体迂回ピストン１０２内に配置し、また任意選択で、最下端でピストン１０２を超えて延び洗浄ポート１１１を組み込んでもよい。最上端において、洗浄通路１０８は、固体通路１０４に連通していてもよい。洗浄ポート１１１および通路１０８はともに、固体排出モードの後に、また分離機の洗浄または消毒の際に、通路１０４に残留した固体の回収に役立ててもよい。洗浄ポート１１１および通路１０８は、固体排出モードが一旦終了すると、ピストン１２を軸方向に上向きに付勢するために機能してもよい。特に、固体が分離機から汲み出された後、洗浄ポート１１１および通路１０８を通じて添加された例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が、ピストン１２の円錐形の下部１２に接触し、ピストンが動作の次の原料供給モードのために実質的に最も高い位置まで戻るまでピストンを上向きに付勢するよう、固体出口ポート・バルブ１０７を閉じてもよい。ピストン１２を動かすための典型的な種類の圧縮ガスは、窒素およびアルゴンを含む。同様に、ボウル１０中でピストン１２を動かすために使用できる典型的な圧媒液は、蒸留水を含んでもよい。
【００３２】
別の実施形態において、本発明の分離機は、例えば、固体排出を促進するためのピンチ型またはボール型のバルブ組立部品を備えてもよい。従来のピンチ型のバルブ組立部品は、動作の間、ペースト状の固体に遭遇する分離機にとって好ましい場合がある。典型的なボール型バルブ組立部品は、分離機ハウジングの下端領域に配置された半球形状の排出バルブを含んでもよい。ボール型バルブ組立部品の排出バルブは、分離機ボウルから排出される液体原料および残留液体のための通路も含んでよい。例えば、排出バルブは、それぞれ動作の原料供給モードおよび固体排出モードの間、閉位置および開位置の間で回転してもよい。
【００３３】
原料供給モードの間、分離機ハウジングは、ボール型組立部品の原料および残留液体の通路を除き閉じてもよく、これらの通路は、例えば、ボウルの円錐形の下端中の開口部に連通していてもよい。ボール型バルブ組立部品は、例えば、ピストン収縮ならびに分離機の洗浄および消毒のための一または複数のポートも含んでよい。本発明の分離機に用いることができる典型的なボール型バルブ組立部品は、米国特許番号第６，７７６，７５２号により説明されており、同特許は、参照により本書に組み込まれる。
【００３４】
図２は、分離機ハウジング１３の下端領域３９に配置されたボール型バルブ組立部品４０を含む本発明の分離機の１つの実施形態を示す。好ましくは、ボール型バルブ組立部品４０は、図に示すように排出バルブ４２を備える。例えば、排出バルブ４２は、内側に面したフランジ４３の下に据え付けることができる。１つの実施形態において、排出バルブ４２は、液体原料ポート４５に連通している液体原料通路４４、ならびに残留液体排出ポート４７に連通している残留液体排出通路４６を組み込んでもよい。バルブ・シール４８をフランジ４３の下面上に配置することもできる。
【００３５】
原料供給モードの間、図２の分離機は、閉位置にある排出バルブ４２を備え、閉位置において、その外側の上面は、バルブ・シール４８に寄り掛かっている。バルブ・シール４８は、バルブ・アクチュエーター４９を通じて添加される、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体によって膨張させることができる。好ましくは、バルブ・シール４８は、原料供給モードの間中、膨張したままである。図２は、固体を含む液体原料を液体原料ポート４５を通じて添加することができることを示す。液体原料は、液体原料ポート４５から液体原料通路４４に流れることができる。好ましくは、液体原料通路４４は、主通路５０に通じており、主通路５０は、ピストン収縮アクチュエーター５２内に軸方向に配置することができる。主通路５０の上端は、原料供給モードの間、ボウル１０の円錐形の下端１７中の開口部７６内に液体原料を注入するための噴出ポート１５４を組み込む。
【００３６】
本発明の分離機のための動作の原料供給モードは、図４を参照して以下でより詳細に説明され、図４は、回転可能な残留物迂回バルブの下面より下で、分離機ハウジング１３の下端領域３９内に移動可能に設置される固体迂回バルブを備えた分離機の実施形態を示す。図２に関して、原料供給モードは、例えば、分離機ボウル１０の円錐形の下部１７に接触するピストン収縮アクチュエーター５２を有することにより、さらに特徴付けられる。図に示すように、ピストン収縮アクチュエーター５２は、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体に反応して、軸方向に上向きおよび下向きに動くことができる。
【００３７】
固体が液体原料から分離された後、ピストンは、ボウル中の残留液体が開口部７６を通じて排出バルブ４２の形状面上に排出されるときに、分離機ボウル１０に接触したままであり、排出バルブ４２も上述のように閉位置のままである。図２に示すように、残留液体はこのとき、残留液体排出通路４６を通過するよう、排出バルブ４２の形状面により運ぶことができる。残留液体は、排出通路４６を通過し、最終的に残留液体排出ポート４７を通って分離機から出る。
【００３８】
１つの実施形態において、流体ポート５８に添加される流圧は、ピストン収縮アクチュエーター５２の周囲に配置される環状アクチュエーター・フランジ５７の下面に対して作用し、収縮アクチュエーター５２を上向きに付勢する。ピストン収縮アクチュエーター５２の軸方向の動きは、アクチュエーター制御ポート５４を通じて添加される流体によって制御することもできる。例えば、アクチュエーター制御ポート５４は、流体がポート５４に入りピストン収縮アクチュエーター５２の周囲に配置された環状アクチュエーター・フランジ５７の上面に接触するよう、分離機ハウジング１３の下端領域３９で提供することができる。
【００３９】
アクチュエーター制御ポート５４および流体ポート５８は、付随的に環状アクチュエーター・フランジ５７の上面および下面を流体に接触させることにより、ピストン収縮アクチュエーター５２を作動させ動かすため同時に作動してもよい。例えば、ピストン収縮アクチュエーター５２は、環状アクチュエーター・フランジ５７の上面に対して作用する圧力が、その下面に対して作用する圧力より小さい場合、上向きに付勢することができる。原料供給モードの間、ピストン収縮アクチュエーター５２は、軸方向に上向きに付勢し、ボウル１０の開口部７６との気密的な連通に保持することができる。ピストン収縮アクチュエーター５２とボウル開口部７６のインターフェースは、例えば、それらの間に配置されたＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマーのシールによって密閉することもできる。
【００４０】
好ましくは、ピストン収縮アクチュエーター５２は、ピストン１２が実質的にその最も高い位置まで戻されている間も、ボウル１０の開口部７６と気密的に連通しており、これは、一般に固体排出モードの後に行われる。上述のように、該気密的な連通は、流体ポート５８を通じて添加される流圧により達成することができ、これは、ピストン収縮アクチュエーター５２の周囲に配置される環状アクチュエーター・フランジ５７の下面に対して作用する。流体は、アクチュエーター制御ポート５４においても分離機に入るが、フランジ５７の上面に加えられる圧力は、その下面に対して作用する圧力よりも小さく、気密的な連通を維持するであろう。流体ポート５８がピストン収縮アクチュエーター５２の動きを完全に制御するよう、アクチュエーター制御ポート５４がフランジ５７の上面に流体を添加しないことが好ましい場合もあり得る。
【００４１】
ピストンを実質的にその最も高い位置まで戻すため、流体は、流圧がボウル開口部７６に連通するよう垂直軸４１に沿って上向きにピストン収縮アクチュエーター５２を付勢した後、液体原料ポート４５を経由して分離機ボウル１０に入った後にピストン１２の円錐形の下部１２に接触する。ピストンが実質的にその最も高い位置に戻されると、液体原料ポート４５を通じて添加される流体を停止することができる。ピストン１２はこのとき、ボウル１０の内壁に隣接する一または複数のピストン・シール相互間の摩擦力により、実質的にその最も高い位置に保持される。図２に示すように、環状ピストン・シール５９は、ピストン１２およびボウル１０の内壁とのインターフェースの周囲に配置される。シール５９は、例えばＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分を含んでもよい。
【００４２】
ピストン１２を実質的にその最も高い位置に戻す前に、分離機は、固体がボウル１０から汲み出される固体排出モードにおいて典型的に操作される。図２に示す本発明の分離機において、固体排出モードは、ピストン１２が軸方向に下向きに移動するにつれて固体が分離機から出ることができるよう、回転軸６を中心として開位置に回転する排出バルブ４２により特徴付けられる。分離機は、好ましくは、固体排出モードの後、開位置に回転する排出バルブ４２により、容易に洗浄またはその場で消毒することもできる。
【００４３】
例えば、排出バルブ４２を原料供給モード中の閉位置から固体排出モード中の開位置に回転させるため、バルブ・シール４８を収縮させることができる。バルブ・シールは、例えば、バルブ・アクチュエーター４９での流体の添加を停止することにより、収縮させることができる。排出バルブ４２の上部オフセット部分は、ピストン収縮アクチュエーター５２を含んでもよく、このとき好ましくは、フランジ４３の内端により画定される開口部から離れて、回転軸６を中心として９０［度］回転する。１つの実施形態において、固体排出モードのために開位置に排出バルブ４２を回転させる前に、ピストン収縮アクチュエーター５２は、ボウル１０の開口部７６と気密的な連通から外される。アクチュエーター５２は、上述のように、例えばボウル１０から離れて、軸方向で下向きに動いてもよい。
【００４４】
ピストン収縮アクチュエーター５２がボウル開口部７６と気密的な連通から外され、排出バルブ４２が開位置に回転すると、固体は、ボウル１０の円錐形の下端１７を通じて分離機から汲み出すことができる。好ましくは、固体は、ピストン１２が軸方向に下向きに移動するにつれて、分離機ボウルから汲み出される。一般に、固体排出モードは、図７中の分離機を参照して以下でより詳細に説明されるような分離機の上部１９において開始する。図２に示すように、ピストン１２は、ナイフエッジ６２も備えてよく、これは、円錐形の下部１７の付近または分離機ボウル１０の開口部７６において粘着する非常にペースト状の固体の分離に役立つ場合がある。
【００４５】
図３は、レーザー・センサー組立部品１２２を備えた図２の分離機の断面図である。例えば、組立部品１２２は、何らかの適切な手段により、分離機ハウジング１３の内部または外部に据え付けることができる。一般に、組立部品１２２のための適切な据付けの選択、構成または配置を容易とするために、例えば焦準部材や反射部材などの光学部品を使用することができる。図に示すように、分離機の上部１９の上に、または上部１９に、レーザー・センサー組立部品を配置することができる。好ましくは、組立部品１２２は、分離機ハウジング１３のための上端の襟状延長部分２２の上に配置することができる。レーザー・センサー組立部品１２２は、分離機ボウル１０内のピストン１２の軸方向の動きを監視するために使用することができる。１つの実施形態において、分離機は、例えば従来型のレーザー光線放射装置でもよい。
【００４６】
例えば、図３のレーザー・センサー組立部品１２２は、パルス・レーザー光線１２４を放射することにより、ピストン１２の軸方向の動きを監視することができる。当業者が理解されるように、組立部品１２２は、パルス・レーザー光線１２４を放射し、次に検知することにより、ボウル１０内のピストン１２の場所をそこから決定できる時間対距離測定を提供することができる。１つの実施形態において、ピストン１２に付随し、好ましくは、ボウル１０のハブ６０内の光学通路を経由するなどしてレーザー・センサー組立部品１２２と光学的に調整された反射面または反射部材は、組立部品１２２にレーザー光線を反射し返すことができる。さらに、該時間対距離測定は、ピストン１２が移動した軸方向の距離に関するインプットもオペレーターに提供することができる。図３におけるレーザー・センサー組立部品１２２は、例えば、ボウル１０内のピストン１２を動かすために用いられる圧力の作用としてピストンが軸方向に上向きまたは下向きに移動するときに、ボウル内のピストン１２を監視するために使用することができる。本発明は、ピストン１２の動きを監視するために、例えば超音波や赤外線や放射線などのエネルギー放射手段に基づく従来の他の組立部品または装置を使用することも企図する。
【００４７】
図４は、ボウル１０およびピストン１２がともに高速で回転する原料供給モード中に作動している本発明の分離機を図解する。例えば、固体を含む液体原料がボウル内に注入され、ボウルの円錐形の下端１７の内部表面まで経路６４中を流れる。好ましくは、ピストン１２がボウルのハブ６０に対して付勢され分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４を開位置に維持するよう、ピストン１２は、浄化された液体７２からの液圧によりその最も高い位置に保持される。１つの実施形態において、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４は、垂直軸４１に沿ってバルブ３４を下向きに押すためのハブ６０からピストン１２内に延びるピン６７により、開くよう付勢される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４は、例えば、以下でより詳細に説明するスプリング６６が上向きに駆動されるため、固体排出モード中に閉じてもよい。
【００４８】
分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４およびピストン１２は、例えば、一または複数のシールも含む。好ましくは、一または複数のシールは、浄化された液体が分離機ボウル１０から出た後にその内部に戻ることを防ぐため、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブとともに用いることができる。該シールは、固体排出モードにおけるピストン１２の下向きの動きの間、固体が分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０に入るのを防ぐために使用することもできる。さらに該シールは、固体排出モード中に流圧がピストンを効率的に下向きに付勢できるよう、分離機ボウル１０のピストン１２より上の部分が、加圧され、かつ加圧された状態を保つことを可能とすることができる。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４およびピストン１２に付随するシールは、浄化された液体がボウル１０およびピストン１２の内部表面の間を流れるのも防ぐことができる。本発明は、本書中に説明する通路、バルブ、ピストン、アクチュエーター、組立部品、ポート、部材等のいずれかまたは全部に付随して一または複数のシールを用いることも企図する。
【００４９】
分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４およびピストン１２の典型的なシールは、例えば、ＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分を含んでよい。例えば、該シールは、図１０に示す分離機を参照して、以下でより詳細に説明する。図４で示すように、ピストン１２は、ボウル１０の内壁に隣接するピストン・シール５６相互間の摩擦力により、実質的にその最も高い位置に保持することもできる。好ましくは、これらのシール５６は、ピストン１２およびボウル１０の内壁とのインターフェースの周囲に配置される。１つの実施形態において、シール５６は、ピストン１２上の直線部分により、相互に分離することができる。シール５６は、例えば、ボウルをピストン１２の上または下のいずれかで効率的に加圧することができるよう、ピストンの軸方向の動きの間ピストンのずれを防ぎ、ボウルの内部表面との均一な連通を提供する。別の実施形態において、ピストン１２は、その周囲に配置されボウル１０の内壁に接合する複数のシールを備えてもよい。さらに、シール５６の代わりに、例えば図２に示したような単一のシール５９をピストン１２の周囲に配置することができる。
【００５０】
１つの実施形態において、本発明の分離機のボウル１０の内部は、耐引掻性型のコーティングを備えてもよい。例えば、該コーティングは、ボウル１０の一部または内部表面全体に沿って配置することができる。分離機ボウルの内部のための典型的なコーティングは、硬質クロム、ボロンナイトライド、チタンまたはそれらの組合せを含んでもよい。好ましくは、耐引掻性型のコーティングは、ボウルに対する摩耗を防ぐことができる。該摩耗は、液体原料の剪断をもたらす場合があり、これが効率的な固体の分離および回収を妨害することがある。ボウル内の耐引掻性型のコーティングは、ボウルの内部表面とピストン１２の周囲に配置された一または複数のシールとの間の均一な連通も提供する。ボウルの内部表面とピストン１２の周囲に配置された一または複数のシールとの間の均一な連通は、上で説明したようなボウルの効率的な加圧および蓄積した固体の効率的な回収を促進することができる。
【００５１】
図４は、ボウル１０の高速回転により生み出される分離力を受けて、蓄積した固体７０および浄化された液体７２に分離された液体原料を示す。浄化された液体７２は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４を通じて経路６４に沿って上昇し続け、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）排出口７４でボウルから出る。１つの実施形態において、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）排出口７４は、分離機ボウル１０の上端に、または実質的にその上端に、配置することができる。好ましくは、排出口７４は分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０に通じており、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０は隔離バルブ２６を備えてもよく、隔離バルブ２６は、例えば動作の原料供給モード中開いている。隔離バルブ２６は、バルブ２６の周囲に配置された環状部材９に対して作用する圧縮ガスや圧媒液などの流体により、開いたまま維持することができる。
【００５２】
例えば、原料供給モードにおいて、流体を下部ポート４を通じて環状部材９の下面に添加することができる。浄化された液体７２はこのとき、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３２中に分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０から入ることができ、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３２は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３を備える。好ましくは、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３は、浄化された液体７２が分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）７３として分離機から出られるよう、原料供給モード中開いている。
【００５３】
本発明の分離機は、そこから出る分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）７３の品質を維持する必要がある用途においても用いることができる。例えば、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）として分離機から出る傷つきやすい有機ポリマーが所定の分離からの唯一の望ましい産出物であってもよい。さらに本発明は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）と固体の両方が望ましい産出物である用途も企図する。分離機から出る分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の品質を維持することが重要である用途において、本発明の分離機は、そこからもたらされる浄化された液体および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の全体的な剪断を減少させるために使用することができる。典型的には、該剪断は、例えば傷つきやすい分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の品質を損なう場合がある。
【００５４】
１つの実施形態において、本発明の分離機は、例えば、回転ボウルに追加して、または回転ボウルの代わりに、分離および／または固体回収の手段を用いることができる。分離手段の一例は、従来のペアリング・ディスク組立部品である。本発明の分離機は、例えば、そこから出る浄化された液体および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の全体的な剪断を減少させるために、ペアリング・ディスク組立部品を含んでもよい。例えば、ペアリング・ディスク組立部品は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の品質を維持することが望ましい本発明の分離機のための用途に使用することができる。当業者が理解されるように、ペアリング・ディスク組立部品は一般に、例えば、望ましい分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）の最小限の全体的剪断を伴う液体原料からの固体の継続的な分離を行うことができる。
【００５５】
本発明の分離機は、例えば、結合手段や取付手段などの一または複数の特徴を含んでもよく、これにより、ボウル１０は、分離機ハウジング１３から切り離すことができる。好ましくは、ボウル１０を切り離した状態で、ピストン１２およびその付随する組立部品は、上述したペアリング・ディスク組立部品などの分離および／または固体回収の手段に置換させることができる。置換する分離および／または固体回収の手段による使用のために適した分離機ボウルは、その後、一または複数の特徴により、本発明の分離機に連結することができるであろう。本発明の分離機は、その後、特定の用途に使用することができる。所定の固体分離の用途のために本発明の分離機の構成を変更することが可能であることにより、参照により本書中に組み込まれる米国特許第６，７７６，７５２号で説明される軸方向のスクレーパーまたはピストン押出組立部品として該分離および／または固体回収の手段を使用することが可能である。
【００５６】
図４の分離機で示すように、動作の原料供給モードの間、固体迂回バルブ９０は、気密的な契合において残留物迂回バルブ９２の下面に対して上向きに保持することができる。１つの実施形態において、固体迂回バルブ９０は、例えばそこに配置される一または複数のシールを備えてもよい。例えば、該シールは、好ましくはピストン１２の移動を提供するためピストン１２の上部の上で分離機ハウジング１３およびボウル１０の加圧を可能とするために使用することができる。該シールは、例えば、ＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分を含んでよい。該シールが分離機ハウジング１３およびボウル１０の加圧を可能とする状態で、好ましくは、ピストン１２の上部の上で、隔離バルブ２６は、例えば固体排出モード中開いたままでもよい。例えば、動作の固体排出モードの間、図４中の分離機の隔離バルブ２６が開いたままである構成は、特定の用途にとって有利な場合がある。
【００５７】
好ましくは、図４に示す分離機は、一または複数のシールを有する固体迂回バルブ９０を備える。例えば隔離バルブ２６が固体排出モード中のように閉位置にあるとき、該シールは、好ましくはピストン１２の上部の上で分離機ボウル１０の効率的な加圧を提供することができる。例えば、隔離バルブ２６を動作の固体排出モード中に閉じることにより、ボウル内でピストンを動かすために加圧される容積および加圧に必要な時間を減少させることができる。図２を参照して上述した本発明の分離機は、動作の固体排出モード中のようにピストンを軸方向に動かすため、例えばピストン１２の上部の上で分離機ボウル１０を加圧することが望ましい場合、好ましくは、閉位置にある隔離バルブ２６を備える。隔離バルブが閉鎖された状態で、ハウジング１３とボウル１０の間の容積は、加圧する必要がなく、ハウジングは、該加圧を維持することを可能とするよう構成する必要もない。
【００５８】
例えば、ＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分を含むシールは、例えば、好ましくはバルブ９２と固体迂回バルブ９０との間のインターフェースを密閉するため、残留物迂回バルブ９２の上に、または残留物迂回バルブ９２に付随して、配置することもできる。１つの実施形態において、固体迂回バルブ９０は、固体迂回ピストン１０２により上向きに付勢することができ、固体迂回ピストン１０２の上で、バルブ９０は、最上端でピストン１０２の固体通路１０４と連通して配置される。図４に示すように、アクチュエーター・ポート１１２で添加される空気圧または液圧は、ピストン１０２を上向きに付勢するため固体迂回ピストンの周囲に配置された環状フランジ１１０の下面に対して作用する。
【００５９】
固体迂回ピストン１０２は、空気圧または液圧に反応して、軸方向に上向きおよび下向きに動く。迂回ピストン１０２の軸方向の動きは、制御ポート１１３を通じて添加される圧縮ガスまたは圧媒液によって制御することもできる。制御ポート１１３は、圧縮ガスまたは圧媒液がポート１１３に入り固体迂回ピストン１０２の周囲に配置された環状フランジ１１０の上面に接触するよう、分離機の下端領域３９で提供される。制御ポート１１３およびアクチュエーター・ポート１１２は、付随的に環状フランジ１１０の上面および下面を圧縮ガスまたは圧媒液に接触させることにより、迂回ピストンを作動させ動かすために同時に作動してもよい。
【００６０】
図４には、ボウル１０の底部中の開口部７６に設置される閉位置の残留物迂回バルブ９２も示す。バルブ９２は、経路６４に沿ってボウル１０内に液体原料を注入することができるよう液体原料ポート９６に連通した液体原料通路９４を画定する。液体原料は、残留物迂回バルブ９２がボウル１０が回転するときボウル１０に接触する必要がないようにギャップを越えてボウル１０内に注入され、バルブ９２およびボウル１０の機械的摩耗を防止する。バルブ９２に機能的に連結されているのは、残留物迂回バルブ・アクチュエーター１１４である。アクチュエーター１１４は、空気圧または液圧シリンダーでもよく、軸６を中心としてその閉位置から残留物迂回バルブ９２を回転させる。液体原料が液体原料通路９４を通じてボウル１０の底部内に供給される間、固体迂回ピストン１０２の固体出口ポート１０６は、閉位置の固体出口ポート・バルブ１０７を備える。
【００６１】
１つの実施形態において、本発明の分離機は、浄化された液体７２が経路６４に沿って分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４を通じて上昇し分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）排出口７４でボウルから出るにつれて、浄化された液体７２の全体的な剪断の程度を減少させることができる。例えば、浄化された液体７２の全体的な剪断の程度は、図５に示すような浄化された液体７２の動きにより減少させることができる。図５は、本発明の分離機、および特に分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４が、設計により、アンダーフロー経路１２９に沿って浄化された液体のアンダーフロー効果をもたらすことができることを示す。
【００６２】
図５に示すアンダーフロー経路は、例えば原料供給モード中のボウル１０および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４の構成および／または配置により、浄化された液体７２の外部境界１３０の下に覆い隠される。好ましくは、アンダーフロー経路１３０を外部境界１３０の下に覆い隠すことにより、気流、表面波、ボウル１０の非同心効果などは、浄化された液体の動きを妨害しない傾向を有する。例えば、浄化された液体の動きを妨害しないことにより、その全体的な剪断の程度は、本発明の分離機を使用して最小限とすることができる。
【００６３】
図５に示すように、アンダーフロー経路１２９は、ボウル１０の内部表面に沿って蓄積した固体７０との接触を避け、それにより、該接触により生じる可能性がある浄化された液体の剪断を避ける傾向も有する。一般に、従来の分離機において、浄化された液体の流れは、例えば、蓄積した固体または分離機ボウルに対する内部表面における境界などの表面境界に沿う。特に、従来の分離機内のコリオリの加速度効果は、浄化された液体を、ボウルの内部で表面境界に沿って流れさせ、液体をボウル内の潜在的な剪断力にさらす傾向を有する。本発明の分離機における浄化された液体７２のアンダーフロー経路１２９は、該表面境界を避け、全体的な剪断の程度を限定する。
【００６４】
図６は、残留液体１３２がボウル１０から残留液体排出通路９８内に排出されるのを可能とするため残留物迂回バルブ９２が閉じた状態の分離機を図解する。排出通路９８は、残留液体排出ポート１００に通じており、そこで残留液体１３２は、最終的に分離機から排出される。１つの実施形態において、残留液体１３２は、例えば分離機に付随する原料タンクに再び供給することもできる。原料タンクはこのとき、例えば、一層の固体分離のため液体原料として残留液体を分離機に提供することができる。液体１３２は、典型的には、原料供給モードが完了し高速回転分離が行われた後に、重力により分離機から排出される。液体原料ポート９６はまた、液体１３２が液体原料通路９４を通じて分離機から出るのを防ぐため、閉じているか、または十分な背圧を受けている。ボウル１０およびピストン１２は、もはや回転しないが、蓄積した固体７０は、分離機ボウル１０の内部表面に対して強く圧縮されたままである。蓄積した固体７０は、動作の固体排出モードの間にボウル１０から回収することができる。
【００６５】
残留液体１３２がボウル１０から排出されるにつれて、ピストン１２はまた、主として、ボウル１０の内壁に隣接する一または複数のピストン・シール５６の間の摩擦力により、実質的にその最も高い位置に保持される。図６において、分離機は、固体出口ポート・バルブ１０７が閉じられ分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３が開いた状態でも示される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０の隔離バルブ２６も、動作の原料供給モードの間中そうであったように、開かれたまま維持される。ピストン１０２の周囲に配置された固体迂回ピストン１０２および環状フランジ１１０も示す。環状フランジ１１０の下面は、固体迂回ピストン１０２が残留物迂回バルブ９２との気密的な契合において固体迂回バルブ９０を上向きに保持するように、アクチュエーター・ポート１１２を通じて添加される、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が接触する。固体迂回バルブ９０と残留物迂回バルブ９２の間の契合は、残留液体１３２がボウル１０から残留液体排出通路９８内に排出されることを可能とし、残留液体排出通路９８で、液体は分離機から出る。
【００６６】
残留液体１３２が実質的にボウル１０から排出された後、分離機は、固体排出モードにおいて、蓄積した固体７０の汲出しのために準備される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３および隔離バルブ２６は、固体汲出しの前に閉じられる。上述のように、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３は、手動により、または自動バルブ制御組立部品により、閉じることができる。隔離バルブ２６は、流体が分離機の下部ポート４を通じて添加されるのを中断することにより、閉じられる。流体は、隔離バルブ２６を開いたまま維持するため、隔離バルブ２６の周囲に配置された環状部材９の下面に対して作用した。固体排出モードの間、図７に示すように、代わりに例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が隔離バルブ２６を作動し閉じるため、環状部材９の上面に接触する。流体は、固体排出の間、上部ポート６１を通じて添加され環状部材９に接触し、分離機の上部１９に配置されたフランジ５１に対して隔離バルブ２６を付勢する。
【００６７】
図７は、動作の固体排出モードにおいて機能している分離機を図解する。図７は、ピストン１２の２つの個別の位置を示すため、縦に分割されている。左側では、ピストンは、その下向きの移動の途中にあり、右側では、ピストンは、排出動作を完了するその行程の最も低い点にあり、その円錐形の下部がボウル１０の円錐形の下端１７の内部表面に寄り掛かっている状態にある。図に示すように、ピストンは、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体がピストン１２の上部に作用することにより、垂直軸４１に沿って下向きに付勢される。スプリング６６の上向きの付勢力を受けた、閉位置にある分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４も示す。スプリング６６は、蓄積した固体７０とピストン１２の下向きの移動の間のピストン１２の円錐形の下部との間相互作用により、上向きに付勢される。ピストン１２が下向きに移動すると、蓄積した固体７０は、ボウル１０の底部で開口部７６から押し出される。
【００６８】
ピストン１２の円錐形の下部およびボウル１０の円錐形の下端１７の内部表面は、可能な限り多量の蓄積した固体７０を効率的に除去するため、正確な嵌合を得るため機械加工される。垂直軸４１に沿ったピストン１２の動きは、主に、分離機の上部１９中の駆動ポート２を通じて添加される流体によりもたらされる。駆動ポート２で添加される流圧は、最終的にピストン１２の上部に接触し、このとき、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびボウル１０のその中に配置されたピストン１２の上部より上の部分は、完全に密封され加圧される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびボウル１０のピストン１２の上部より上の部分は、隔離バルブ２６が閉じられたときに、密封および加圧することができる。
【００６９】
さらに隔離バルブ２６は、上部ポート６１を通じて添加される圧縮ガスまたは圧媒液によりフランジ５１に対して下向きに付勢されるにつれて閉じる。圧縮ガスまたは圧媒液は、最終的に環状部材９の上面に接触し、環状部材９は、隔離バルブ２６を作動させる。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３２のための分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３はまた、固体排出モードの間、手動により、または自動バルブ制御組立部品により、閉じられる。隔離バルブ２６は、図１１を参照して以下でより詳細に説明され、図１１は、固体排出モード中の分離機の上部１９を示す。
【００７０】
固体排出モードは、ピストン１２が軸方向に下向きに付勢されるときに、分離機の上部１９で開始する。分離機下端領域３９において、汲出しモードは、残留物迂回バルブ９２が残留物迂回バルブ・アクチュエーター１１４によりその閉位置から回転するときに開始する。バルブ・アクチュエーター１１４は、例えば流体に反応して、軸６を中心として残留物迂回バルブを回転させる。固体迂回ピストン９０が残留物迂回バルブ９２との接触から垂直軸４１に沿って下げられた後、バルブ９２は、好ましくは、その閉位置から９０［度］回転する。固体迂回ピストン９０は次に、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体がアクチュエーター・ポート１１２を通じて加えられ環状フランジ１１０の下面に作用するにつれて、垂直軸４１に沿って上向きに付勢される。固体迂回ピストン１０２の動きは、制御ポート１１３を通じて添加される流圧によって制御することもでき、制御ポート１１３は、アクチュエーター・ポート１１２と同時に作動することができる。制御ポート１１３は、流体が環状フランジ１１０の上面に接触するのを可能にする。固体迂回ピストン１０２はこのとき、環状フランジ１１０の上面に対して作用する圧力が、その下面に対して作用する圧力より小さい場合、上向きに付勢される。
【００７１】
図に示すように、固体迂回バルブ９０が分離機ボウル１０の底部で開口部７６との気密的な連通に保持されるように、固体迂回ピストン１０２は、上向きに付勢される。固体迂回バルブ９０とボウル開口部７６とのインターフェースは、ボウル１０から汲み出された固体が周囲の環境との接触により汚染されないように、例えばＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分を含むそれらの間に配置されたシールによって密閉することもできる。密封されたインターフェースは、蓄積した固体７０が回収中に失われるのも防ぐ。
【００７２】
ボウル１０の底部中の開口部７６を通じて押される蓄積した固体７０は、固体迂回バルブ９０の下の固体迂回ピストン１０２内に部分的に配置された固体通路１０４内に進む。固体通路１０４は、固体出口ポート１０６内に至るピストン１０２の最下端を超えて延びる。上述のように、出口ポート１０６のための固体出口ポート・バルブ１０７は、汲み出された固体がバルブ１０６、１０７を通過して分離機から出ることができるように、排出前に開かれる。固体出口ポートおよびバルブ１０６、１０７は、汲み出された固体をオペレーターによる追加の処理なしに別の工程または貯蔵容器に移すことができるよう配置することもでき、これにより、汚染の可能性または機会が減少する。
【００７３】
ピストン１２がその下向きの行程の最も低い地点に達しボウル１０のための円錐形の下端１７の内部表面に対して寄り掛かるときに、固体排出は完了する。蓄積した固体７０がボウル１０から排出された後、ピストン１２は、図８に示すように、ピストン１２の円錐形の下部に対して作用する流体により、実質的にその最も高い位置に戻される。分離機の上部１９中の駆動ポート２で添加される、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体は、ピストン１２の上部に対して作用しており、ピストンを垂直軸４１に沿って上向きに付勢することができる前に中止される。図８には、洗浄ポート１１１から洗浄通路１０８を通じて分離機に入った後にピストン１２の円錐形の下部に接触する流体も示す。固体出口ポート・バルブ１０７が閉じられたとき、洗浄ポート１１１で添加される流体は、最終的にボウル開口部７６を通過してピストン１２を上向きに付勢する。分離機ボウル１０は、ピストン１２が上向きに動く間、または実質的にその最も高い位置に達した後、洗浄しまたはその場で消毒することもできる。
【００７４】
固体出口ポート・バルブ１０７は、蓄積した固体が実質的に分離機から汲み出された後、開位置から閉位置に移行する。出口ポート・バルブ１０７は、ピストン１２が上向きに付勢されている間、また動作の次の原料供給サイクルの間中、閉位置のままである。図８はさらに、例えば圧縮ガスや圧媒液がピストン１２の円錐形の下部に接触する前に、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０のための隔離バルブ２６および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３が開かれることを示す。流体はまた、もはや分離機の上部１９中の上部ポート６１を通じて添加されない。その代わりに、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体は、下部ポート４を通じて分離機に入り、最終的にバルブ２６を開くため、隔離バルブ２６の周囲に配置された環状部材９の下面に接触する。ピストン１２の上向きの行程の後、ピストンは、ボウル１０の内壁に隣接するピストン・シール５６相互間の摩擦力により、実質的に最も高い位置に保持される。
【００７５】
固体迂回ピストン１０２は、ピストン１２が上向きに付勢される間、ボウル１０の底部中の開口部７６と気密的に連通したままである。該気密的な連通は、アクチュエーター・ポート１１２を通じて添加される流圧により達成され、その流圧は、固体迂回ピストン１０２の周囲に配置される環状フランジ１１０の下面に対して作用する。例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体は、制御ポート１１３でも分離機に入ることができるが、環状フランジ１１０の上面に加えられる圧力は、気密的な連通を維持するため、その下面に対して作用する圧力よりも小さくなるであろう。アクチュエーター・ポート１１２が固体迂回ピストン１０２の動きを完全に制御するよう、制御ポート１１３が環状フランジ１１０の上面に流体を添加しないことが好ましい場合もあり得る。
【００７６】
ピストン１２が実質的にその最も高い位置に達したとき、固体迂回バルブ９０は、残留物迂回バルブ９２を回転軸６を中心としてその閉位置に回転させることができるように、固体迂回ピストン１０２による動きに反応して垂直軸４１に沿って下向きに引かれる。残留物迂回バルブ９２は、残留物迂回バルブ・アクチュエーター１１４により回転して閉じられる。固体迂回ピストン１０２は、アクチュエーター・ポート１１２で従前に加えられた流圧を中断しまたは減少させることにより、下げることができる。固体迂回ピストン１０２の動きは、制御ポート１１３を通じて添加される流圧によって制御することもでき、制御ポート１１３は、アクチュエーター・ポート１１２と同時に作動することができる。制御ポート１１３は、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が環状フランジ１１０の上面に接触するのを可能にする。固体迂回ピストン１０２はこのとき、環状フランジ１１０の上面に対して作用する圧力が、その下面に対して作用する圧力より大きい場合、下向きに付勢される。
【００７７】
図９は、その閉位置に戻された残留物迂回バルブ９２とともに、より詳細に分離機の下端領域３９を図解する。図には示さないが、ピストンは、実質的にボウル内のその最も高い位置に戻されている。上述のように、ピストンは、ボウルの内壁に隣接するピストン・シール相互間の摩擦力により、最も高い位置に保持することができる。図９において、固体迂回バルブ９０は、固体迂回ピストン１０２により残留物迂回バルブ９２の下面に対して上向きに保持される。図に示すように、アクチュエーター・ポート１１２で添加される、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体は、迂回ピストン１０２の周囲に配置された環状フランジ１１０の下面に対して作用し、迂回ピストン１０２を垂直軸４１に沿って上向きに付勢する。固体排出モードが完了しても、固体は、ピストン１０２の固体通路１０４に残留する場合がある。残留固体を除去するため、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が、固体出口ポート・バルブ１０７が開いている間、洗浄通路１０８の洗浄ポート１１１を通じて添加される。
【００７８】
洗浄通路１０８およびポート１１１は、固体迂回ピストン１０２の最下端を超えて延び、洗浄通路は、ピストン１０２内に部分的に配置される。洗浄通路１０８は、その最上端でピストン１０２の固体通路１０４にも連通している。この連通は、流体が洗浄ポート１１１で添加され、洗浄通路１０８を通過して固体通路１０４内に入ることを可能にする。流体は、固体出口ポート・バルブ１０７が開いてるとき、固体出口ポート１０６に向けて通路１０４内の残留固体を押す。上述のように、固体出口ポート・バルブ１０７が閉じられると、洗浄通路１０８およびポート１０８は、ピストン１０２を軸方向に上向きに付勢し、動作の次の原料供給サイクルのため実質的に最も高い位置に戻すよう機能する。
【００７９】
図に示すように、固体通路１０４は、通路１０４内の残留固体が固体出口ポート・バルブ１０７を通過することにより分離機から出られるよう、固体出口ポート１０６に連通している。固体出口ポート１０６は、例えばオペレーターによる追加の処理なしに、回収された固体を別の工程または保管容器に移すことができる。洗浄通路１０８およびポート１１１は、固体通路１０４ならびに固体出口ポート１０６およびバルブ１０７を洗浄または消毒するために使用することもできる。該その場での洗浄またはその場での消毒の工程は、動作の次のサイクルのため遠心分離機を準備するのに好都合である。これらの工程は、固体回収率も増大させ、汚染の可能性または機会を減少させることもできる。
【００８０】
図１０は、開位置の隔離バルブ２６とともに、動作の原料供給モード中のより詳細な分離機の上部１９を図解する。原料供給モードにおいて、上述のように、ピストン１２は、液体原料からの流圧ならびにボウル１０の内壁に隣接するピストン・シール５６相互間の摩擦力により、その最も高い位置に保持される。図に示すように、隔離バルブ２６は、垂直軸４１に沿って、それぞれ上向きまたは下向きの動きにより、開きまたは閉じるよう付勢することができる。隔離バルブ２６は、バルブ２６の周囲に配置された環状部材９の下面に対して作用する例えば圧縮ガスや圧媒液により、上向きに付勢される。圧縮ガスまたは圧媒液は、下部ポート４を通じて環状部材９の下面に供給される。
【００８１】
図１０は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４のための任意選択のシール１４０およびピストン１２のためのシール１４５も示す。好ましくは、シール１４５は、浄化された液体がピストン１２と分離機ボウル１０の内部表面の間を流れるのを防ぐことができる。上述のように、シール１４０は、固体が、固体排出モードにおけるピストン１２の下向きの動きの間、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０に入るのを防ぐために使用することもできる。シール１４５は、ピストンを固体排出モードの間流圧により効率的に下向きに付勢できるよう、ピストン１２より上の分離機ボウル１０が、加圧され、加圧された状態を保つことを可能にする。本発明は、本発明の実施形態のいずれか１つに使用することができる追加のシールも企図する。
【００８２】
図１０には、ピストン１２およびボウル１０が著しい機械的摩耗なしに自由に回転できるよう、フランジ５１から分離された隔離バルブ２６も示す。隔離バルブが開位置にあると、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）７０は、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）排出開口部７４を通過することにより、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０に入ることが可能となる。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）７０は、最終的に分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート３２および分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３を通過した後に分離機から出るが、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３は、原料供給モードの間も、開位置で維持される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３は、手動により、または自動バルブ制御により、開くことができる。
【００８３】
図１１は、動作の固体排出モード中のより詳細な分離機の上部１９を図解する。図に示すように、隔離バルブ２６は、垂直軸４１に沿って、それぞれ上向きまたは下向きの動きにより、開きまたは閉じるよう付勢することができる。隔離バルブ２６は、バルブ２６の周囲に配置された環状部材９の上面に対して作用する例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体により、下向きに付勢される。流体は、上部ポート６１を通じて環状部材９の上面に供給される。固体排出モードの前に、環状部材９の下面に添加される流体は、隔離バルブ２６を開いたまま維持して、好ましくは中断される。ボウル１０およびピストン１２も、隔離バルブ２６がこのときフランジ５１に寄り掛かることができるように、もはや回転しない。
【００８４】
隔離バルブ２６がフランジ５１に接触し、上述のように分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３が閉じられると、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびその中に配置されたボウル１０のピストン１２の上部より上の部分を加圧することができる。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびボウル１０のピストン１２の上部より上の部分の加圧は、例えば圧縮ガスや圧媒液などの流体が駆動ポート２で分離機に添加されるにつれて行われる。流体は、バルブ２６とフランジ５１の間の気密的な契合により、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０からもボウル１０からも出ない。例えばＰＴＦＥやテフロン（登録商標）（デラウェア州１９８９８ウィルミントン、マーケット・ストリート１００７、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー）を主材料とするエラストマー材料などの成分から作られるシールは、バルブ２６のフランジ５１とのインターフェースを密封するためバルブ２６上にも配置してよい。例えば、１つの実施形態において、バルブ２６に付随するシールなどは、浄化された液体が分離機ハウジング１３に移るのを防ぐことができる。
【００８５】
分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびボウル１０のピストン１２より上の部分が加圧するにつれて、隔離バルブ２６は、フランジ５１に対して閉じて維持される。分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）ケース３０およびボウル１０のピストン１２の上部より上の部分の加圧は、最終的にピストン１２の円錐形の下部の下より大きな圧力をピストン１２の上で提供する。圧力の差は、流体がピストンの上部に接触するにつれて、ピストン１２を垂直軸４１に沿って下向きに付勢する。ピストン１２の下向きの軸方向の動きは、上述し図７に示したように、ボウル１０の円錐形の下端１７中の開口部を通じてボウル１０の内壁に沿って蓄積した固体を押す。
【００８６】
上述の本発明の多様な実施形態のための動作のモードをより完全に特徴付け説明するため、以下の表を示す。表１は、例示のみとして、図１の分離機のための動作の原料供給および固体排出モード中の隔離バルブ２６、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）バルブ３４、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）出口ポート・バルブ３３、固体出口ポート・バルブ１０７、固体迂回バルブ９０および残留物迂回バルブ９２の位置または構成を提供する。表１はまた、例示のみとして、分離液（ｃｅｎｔｒａｔｅ）がボウルから排出され、ピストンが固体排出後に実質的に最も高い位置に戻されたとき、また図１の分離機が洗浄またはその場で消毒されたときの図１の分離機のそれぞれのバルブの位置または構成も提供する。バルブ２６、３４、３３、１０７、９０、９２は、図１が図解した分離機中にそれぞれ示す。図１は、本発明の開示の範囲または特定の実施形態を他の点で制限することを何ら意図していない。
【００８７】
【表１】
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【００８８】
本発明を好ましい実施形態に関連して説明してきたが、当業者は、上記の明細を読んだ後に、本書中に記載した構成、物品、方法および装置に対して各種の変更、均等物の置換およびその他の改変を行うことができるであろう。例えば、流圧は、その他の実施形態において、限定なく電気機械力により置換することができる。同様に、ピストンおよびボウルの下部および端はそれぞれ、その形状が相補的であることが固体回収にとって好ましいが、形状が円錐形でなくてもよい。
【００８９】
さらに本発明は、本書中で述べた各種の通路、バルブ、ピストン、アクチュエーター、組立部品、ポート、部材等を、遠心分離機の動作のために適切であろう構成または配置に置くことも企図する。上述の実施形態はそれぞれ、全ての他の実施形態の変形形態も含みまたは組み入れることができる。
【００９０】
例えば、本書中に説明したレーザー・センサー組立部品は、本発明の全ての実施形態に関連して用いることができる。従って、本書に対して特許状が認める保護が、添付の請求項およびその均等物に含まれる定義によってのみ制限されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に従った遠心分離機の断面図である。
【図２】本発明に従った遠心分離機の断面図である。
【図３】レーザー・センサー組立部品を備えた図２における分離機の断面図である。
【図４】原料供給モードにおける動作を図解する図１における分離機の断面図である。
【図５】原料供給モードにおける動作を図解する図１における分離機のピストンおよびボウルを含む詳細な断面図である。
【図６】ボウルから残留液体が排出されるときの動作を図解する図１における分離機の断面図である。
【図７】固体排出モードにおける動作を図解する図１における分離機の断面図である。
【図８】ピストンが実質的にその最上部まで戻ったときの固体排出モード後の動作を図解する図１における遠心機の断面図である。
【図９】固体通路が洗浄されたときの図１の分離機の下端領域の詳細な断面図である。
【図１０】原料供給モードにおける図１の分離機の上部の詳細な断面図である。
【図１１】固体排出モードにおける図１の分離機の上部の詳細な断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      半球状の部分
４，６１，１１３    ポート
５      駆動ベルト
６      軸
９      環状部材
１０，１９    分離機ボウル
１１    中央領域
１２    ピストン
１３    分離機ハウジング
１６    速駆動モーター
１７    円錐形の下端
１８    駆動滑車
２０    紡錘部分
２１    揺れ耐性リング
２２    襟状延長部分
２３    組立部品
２４，２５    台座
２６    隔離バブル
２９    回転防止ピン２９
３０    分離機ケース
３２，１０６    出口ポート
３３，１０７    出口ポート・バルブ
３４    分離液バルブ
３９    下端領域
４０    ボール型バルブ組立部品
４１    分離機の中央垂直軸
４２    排出バルブ
４３，５１    フランジ
４４    液体原料通路
４５    液体原料ポート
４６    残留液体排出通路
４７，１００    残留液体排出ポート
４８    バルブ・シール
４９    バルブ・アクチュエーター
５０    主通路
５２    ピストン収縮アクチュエーター５２
５４    アクチュエーター制御ポート５４
５６，５９    シール
５７    環状アクチュエーター・フランジ５７
５８    流体ポート
６０    ハブ
６２    ナイフエッジ
６４    経路
６６    スプリング
６７    ピン
７０    固体
７２    浄化された液体
７３    分離液
７６    開口部
９０，９２    迂回バルブ
９４    液体原料通路
９６    液体原料ポート
９８    残留物排出通路
１０２    迂回ピストン
１０４    固体通路
１０６    出口ポート
１０７    出口ポート・バルブ
１０８    洗浄通路
１１０    環状フランジ
１１１    洗浄ポート
１１２    アクチュエーター・ポート
１２０    受入部材
１２２    レーザー・センサー組立部品
１２４    パルス・レーザー光線
１２９    アンダーフロー経路
１３０    外部境界
１３２    残留液体
１４０，１４５    シール
１５４    噴出ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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