(57)【要約】  遠心分離とマイクロ濾過の組み合わせたシステムにおいて、クロスフローのマイクロフィルターからの保留物が固形物除去のために自動ピストン排出遠心分離機に供給され、それにより両者の効率を高める。遠心分離機は供給液が注入される開口のある円錐形の下端を持つ円筒型ボウル（ｂｏｗｌ）を内蔵している。ボウルが高速で回転された時、固形物は供給液から分離され、ボウルの内表面に沿って集められる。マイクロ濾過膜はボウル内の固形物の保持を改善し、濾過した濃縮物を提供するため付加することができる。固形物を排出している間、ピストンは縦軸に沿って下方に推進される。ピストンの下方への動きは集められた固形物をボウルから円錐形の下端の開口を経て押し出す。【選択図】図１３
2009518161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ濾過および遠心分離の組み合わせにより固形物を含む懸濁液から固形物および／あるいは液体の分離および回収するシステムで、前記システムはマイクロ濾過サブシステムおよび遠心分離サブシステムからなる：
マイクロ濾過サブシステムは次からなる、
システムへ懸濁液の導入のための供給入口、システムから濾過物を分岐するための濾過物出口、および保留物出口を持つクロスフローマイクロフィルター；
マイクロフィルターの保留物出口から供給される保留物タンク；
保留物タンク出口から供給される保留物ポンプ；
保留物ポンプの出口に接続されている第１流体弁；および
第１に予め設定した固形物濃度以下で第１弁はマイクロフィルターの供給入口へ保留物を戻し、そして第１に予め設定した固形物濃度以上で第１弁は遠心分離サブシステムへ保留物を分岐し、保留物中の固形物濃度を検知し第１弁を制御することができる第１検知器；
遠心分離サブシステムは次からなる、
供給入口、システムから固形物を分岐する固形物排出出口、および濃縮物出口を持つ自動ピストン排出遠心分離機；
濃縮物出口に接続されている第２流体弁；および
第２に予め設定した固形物濃度以上で第２弁は保留物タンクへ濃縮物を戻し、そして第２に予め設定した固形物濃度以下で第２弁はシステムから濃縮物を分岐し、濃縮物中の固形物濃度を検知し第２弁を制御することができる第２検知器。
【請求項２】
固形物を含む懸濁物が保留物タンクに供給される請求項１のシステム。
【請求項３】
第１検知器が保留物の濁度あるいは濃度を測定する請求項１のシステム。
【請求項４】
第１検知器が濾過物の圧力を測定する請求項１のシステム。
【請求項５】
第２検知器が濃縮物の濁度あるいは濃度を測定する請求項１のシステム。
【請求項６】
第２検知器が遠心分離機の固形物排出のサイクルを制御する請求項１のシステム。
【請求項７】
濃縮物が濃縮タンクの中に集められる濃縮物タンクからさらになる請求項１のシステム。
【請求項８】
濾過物と濃縮物が組み合わされる請求項１のシステム。
【請求項９】
濃縮物ポンプからさらになる請求項１のシステム。
【請求項１０】
濃縮物ポンプが保留物タンクへ濃縮物を送る請求項９のシステム。
【請求項１１】
濃縮物ポンプがシステムの外へ濃縮物を送る請求項９のシステム。
【請求項１２】
速度可変の遠心分離機供給ポンプからさらになり、その入口が保留物ポンプの出口の第１部分と流体的に接続され、保留物ポンプの出口の第２部分がマイクロフィルターに方向づけられ、そして速度可変の遠心分離機ポンプの出口が遠心分離機の供給入口に接続されている請求項１のシステム。
【請求項１３】
第１検出器が速度可変のポンプを制御する請求項１２のシステム。
【請求項１４】
第１検出器が保留物の濁度あるいは濃度を測定しそして保留物の濁度あるいは濃度に基づき速度可変のポンプを制御する請求項１３のシステム。
【請求項１５】
第１検出器が濾過物の圧力を測定しそして濾過物の圧力に基づき速度可変のポンプを制御する請求項１３のシステム。
【請求項１６】
マイクロ濾過サブシステム、遠心分離サブシステム、あるいはその両方が温度制御される請求項１のシステム。
【請求項１７】
自動ピストン排出遠心分離機であって次からなる、
供給液体から固形物を分離するために高速度で回転する供給操作モードの間操作されるボウルで、そこでボウルの内側表面に沿って固形物が集まり、開口のある下側端を持つ遠心分離機用の円筒型ボウル；
ボウルの内側表面に対して設置された可動の円筒型外側ピストン、およびボウルの中心軸に沿って延びたシャフトの端に設置された内側ピストンで、本質的に円筒型部分と本質的に円錐型部分を持つ内側ピストンからなる固形物排出組立体；
マイクロフィルターはマイクロフィルターの外側表面とボウルの内側表面間の外側隙間に固形物を保持し、マイクロフィルターはマイクロフィルターの内側表面に隣接する内側隙間を通して濾過した濃縮物がボウルを出るようにし、マイクロフィルターの外側直径は外側ピストンの内径よりも小さく、ボウルの中心軸の周囲に設置された円筒型マイクロフィルター；
ボウルの中心軸の周囲に設置され内部隙間に隣接する円筒型ダイアフラム；および
ボウルの下側端にある固形物排出弁。
【請求項１８】
マイクロフィルターがセラミックあるいは焼結金属からなる請求項１７の遠心分離機。
【請求項１９】
固形物排出操作モードの間、加圧ガスあるいは流体が外側および内側ピストンをボウルに関して中心軸を下方向へ独立して動かす請求項１７の遠心分離機。
【請求項２０】
最初に外側ピストンが下方向へ動きそしてそれから内側ピストンが下方向に動く請求項１９の遠心分離機。
【請求項２１】
外側ピストンの下方向への動きの間、加圧ガスあるいは液体がダイアフラムの内側に導入され、ダイアフラムが内側隙間を閉じそしてマイクロフィルターの内側表面をシールする請求項１９の遠心分離機。
【請求項２２】
ボウルが円錐型底部分からなる請求項１７の遠心分離機。
【請求項２３】
内側ピストンの下側面がボウルの円錐状底部分を補角する円錐状の型を持つ請求項２２の遠心分離機。
【請求項２４】
外側及び内側のピストンが上側部分に偏重をかけられたバネである請求項１７の遠心分離機。
【請求項２５】
加圧ガスあるいは液体を導入するための一つあるいはそれ以上の取付け口からさらになる請求項１７の遠心分離機。
【請求項２６】
固形物排出弁がボウルの回転の中心軸に直交する中心軸で回転することにより開いた位置および閉じた位置の間を切り替わる請求項１７の遠心分離機。
【請求項２７】
固形物排出弁がボウル中に供給液体を導入するための通路からなる請求項１７の遠心分離機。
【請求項２８】
固形物排出弁が供給固形物および液体の分離後ボウルから残留物液体を排水するための通路からなる請求項１７の遠心分離機。
【請求項２９】
開いたおよび閉じた位置を持つ濃縮物弁で濃縮物弁が閉じた位置にある時、ガス密封シールが濃縮物およびボウルの外側表面とボウルを取り囲む函間の空気の隙間との間に形成されることからなる請求項１７の遠心分離機。
【請求項３０】
固形物排出弁とボウルを取り囲む函間の固形物弁シールで、シールが加圧ガスあるいは液体で膨脹することからさらになる請求項１７の遠心分離機。
【請求項３１】
マイクロ濾過及び遠心分離の組み合わせにより固形物を含む懸濁液から固形物成分あるいは液体成分を回収する方法であって、前記方法は次のステップからなる：
マイクロ濾過サブシステムおよび遠心分離サブシステムを提供する、
マイクロ濾過サブシステムは次からなる、
システムへ懸濁液の導入のための供給入口、システムから濾過物を分岐する濾過物出口、および保留物出口を持つクロスフローマイクロフィルター；
第２に予め設定した固形物濃度以下で第２弁は収集のため濃縮物を分岐するよう調整される；
マイクロフィルターから濾過物を収集する；
遠心分離機から濃縮物を収集する；および
遠心分離機から固形物を収集する。
【請求項３２】
マイクロ濾過及び遠心分離の組み合わせにより固形物を含む懸濁液から固形物成分を回収する方法であって、前記方法は次のステップからなる：
自動ピストン排出遠心分離機を提供する、
遠心分離機は次からなる、
供給液体から固形物を分離するために高速度で回転する供給操作モードの間操作されるボウルで、そこでボウルの内側表面に沿って固形物が集まり、開口のある下側端を持つ遠心分離機用の円筒型ボウル；
ボウルの内側表面に対して設置された可動の円筒型外側ピストン、およびボウルの中心軸に沿って延びたシャフトの端に設置された内側ピストンで、本質的に円筒型部分と本質的に円錐型部分を持つ内側ピストンからなる固形物排出組立体；
マイクロフィルターはマイクロフィルターの外側表面とボウルの内側表面間の外側隙間に固形物を保持し、マイクロフィルターはマイクロフィルターの内側表面に隣接する内側隙間を通して濾過した濃縮物がボウルを出るようにし、マイクロフィルターの外側直径は外側ピストンの内径よりも小さく、ボウルの中心軸の周囲に設置された円筒型マイクロフィルター；
ボウルの中心軸の周囲に設置され内部隙間に隣接する円筒型ダイアフラム；および
ボウルの下側端にある固形物排出弁。
ボウルの高速回転の間ボウルに固形物を含む懸濁液を導入する；
ボウルの回転を停止する；
固形物排出弁を開く；
マイクロフィルターの内側表面に対してダイアフラムを加圧する；および
まず外側ピストンをそれから内部ピストンを下降させることにより、ボウルの内側表面からボウルの開口を通して、集めた固形物を排出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願のクロス参照］
この出願はＵＳ特許出願Ｎｏ．１１／２１８，２８０、出願日２００５年９月１日付に係わる部分継続及び国際申請ＰＣＴ／ＩＢ２００６／００２４１１、出願日２００６年８月２５日付の部分継続である。この出願はＵＳ予備申請Ｎｏ．６０／７４２，５５８、出願日２００５年１２月５日付及びＵＳ予備申請Ｎｏ．６０／７５６，３８１、２００６年１月４日付の優先権を主張する。各前記の申請はこれによって参考として組み入れられる。
【０００２】
［発明の背景］
多種類の型の遠心分離装置が不均質な混合物を比重に基づき組成物に分離するために知られている。典型的には、また供給材料あるいは液体である不均質な混合物が遠心分離装置の回転しているボウル（ｂｏｗｌ）に投入される。回転しているボウルは高速で回転し高比重を持つ混合物の組成物を沈降により分離するために力をかける。結果として密度の高い固形物がボウルの内表面あるいは壁に密着してケーキ状に圧縮され、浄化された液体はケーキ内で放射状になる。ボウルは重力の２０，０００倍の力を生じる十分な速度で回転して濃縮物から固形体を分離する。
【０００３】
固形物がボウルの壁に沿って集まるので、浄化液体はボウルから出ていき、“濃縮物（ｃｅｎｔｒａｔｅ）”として分離機を離れる。所望の量の固形物が集められたことが決定すると、分離機は固形物が分離機より除去される排出モードに置かれる。しばしば、例えば、内部の掻き取り機（ｓｃｒａｐｅｒ）はボウルの壁から固形物を掻き落とす。
【０００４】
従来の分離機は特殊な固形物や液体を排出するとき多くの欠点を持っている。例えば、ある分離機は粘着性の固形物を完全に排出することができなく、低い収率となる。低い収率は医薬品の工程で遭遇するような高価な固形物では特に問題である。伝統的な分離器機はボウルの回転速度に材料を加速したとき非常に高い切断力が供給材料にかかり、例えば、影響を受けやすい化学物質あるいは生きた細胞のような生体物質に損害を与える。
【０００５】
未だ、他の分離機は影響を受けやすい固形物を取り扱かつたり回収する便利な手段を提供していない。例えば、操作者は固形物の排出や回収を通常補助するために使用される。操作者の介在する分離機はしばしば汚染の問題を被る。さらに固形物の回収を便利にするため、ある分離機は耐久力に影響を与える数多くの機械部品を採用する。そのような部品は寸法や適合性の両方で問題となる一般的に分離機の外部にあるか付加的な装置である。従来の分離機はまた非常に維持費を増大させることなしには清浄化や消毒を困難にする傾向がある。
【０００６】
上記の形の固形物、すなわち、遠心分離の間に生じる力を奪う粘着性のある、あるいは影響を受けやすい固形物を効果的に取り扱える遠心分離機を持つことが望まれる。外部の汚染の可能性や付加的な機械的装置なしに固形物を容易に回収できる分離機を持つことはまた有益である。そのような分離機はまた簡便に清浄化されその位置で消毒できるべきである。
【０００７】
さらに、典型的なクロスフローマイクロ濾過システムは固形物濃度が十分にフィルター膜の汚れの限界以下となるように供給液体の前処理をする。逆洗が工程の遅れとなるフィルター膜上に集められた固形物の濃縮を減らすためにしばしば必要である。さらに、機械装置が保留物（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）タンクから集めた固形物を搾り出すために備えられなければならない。そのような機械装置は相当大量の保留物により湿めった固形物を除去することになる。液体の予備処理や固形物の除去機械装置の設置は準任意的な固形物乾燥作業を準備することとなり、工程時間、複雑さ、費用を増大させることになる。
【０００８】
［発明の概要］
従来のマイクロフィルター濾過に伴う問題を軽減するために、ここで開示するシステムはマイクロフィルター濾過システムを結合した自動ピストン排出（ＡＰＤ）遠心分離機を使用する。濁度あるいは濃度で測定される保留物中の固形物濃度が閾値に到達すると、保留物は高効率に分離を行う遠心分離機に導入される。別々にあるいは付加的に、清浄な濾過物の圧力が集められた固形物の指標そして遠心分離機を用いる固形物の除去の必要性のために測定される。乾燥した固形物は遠心分離機の固形物排出サイクルにより除去され、除去された濃縮物（ｃｅｎｔｒａｔｅ）は懸濁固形物のために分析される。もし存在していれば濃縮物は工程の流路へ戻される。さもなければ、清浄な濃縮物はシステムから除去される。
【０００９】
フィルター膜に蓄積する固形物をさけるため、マイクロフィルターを通す高い通過量が達成される。遠心分離機により除かれた固形物は従来の技術手法に比べて十分に乾燥している。供給の流れは濃縮されているので、比較的小型の遠心分離機が採用される。保留固形物濃度のダイナミックな制御で大型の保留物タンクは必要なく、さらにコスト削減に貢献する。
【００１０】
本発明に従って、システムはマイクロフィルター濾過と遠心分離機の組み合わせにより固体及び／あるいは液体成分を固形物を含む懸濁液からの分離及び回収を提供する。システムはマイクロフィルター濾過サブシステムと遠心分離サブシステムからなる。
【００１１】
マイクロフィルター濾過サブシステムはクロスフローマイクロフィルター、保留物タンク、保留物ポンプ、第１弁および第１検知器からなる。マイクロフィルターはシステムへ懸濁物を導入するための供給入口、システムから濾過物を分岐する濾過物出口及び保留物出口を持っている。保留物タンクはマイクロフィルターの保留物出口から供給される。保留物ポンプは保留物タンクの出口から供給される。第１弁は保留物ポンプの出口に流体的に繋がっている。第１検出器は保留物中の固形物濃度を検出しそして第１弁を制御する。第１の予め設定した固形物濃度以下で、第１弁はマイクロフィルターの供給入口へ保留物を戻す。第１の予め設定した固形物濃度以上で、第１弁は遠心分離サブシステムへ保留物を分岐する。
【００１２】
遠心分離サブシステムは供給入口を持つ自動ピストン排出遠心分離機、システムから固形物を分岐するための固形物排出口および濃縮物出口からなる。遠心分離サブシステムはさらに濃縮物出口に流体的に繋がっている第２弁および濃縮物中の固形物濃度を検知し第２弁を制御する第２検知器からなる。第２に予め設定した固形物濃度以上で、第２弁は保留物タンクへ濃縮物を戻す。第２に予め設定した固形物濃度以下で、第２弁はシステムから濃縮物を分岐する。
【００１３】
本発明の他の観点はマイクロ濾過と遠心分離の組み合わせにより固形物を含む懸濁物より固形物及び液体組成物を回収する方法である。この方法は上記のマイクロ濾過サブシステムと遠心分離サブシステムからなるシステムを提供するステップからなり、保留物タンクへの固形物を含む懸濁液を付加し、保留物ポンプを持つマイクロフィルターを通して懸濁物をポンプで送り出し；第１検知器で保留物中の固形物濃度を検知し、第２検出器で濃縮物中の固形物濃度を検出し、マイクロフィルターから濾過物を集め、遠心分離機から濃縮物を集め、そして遠心分離機から固形物を集める。保留物中の固形物濃度が第１の予め設定した固形物濃度以上であれば、第１弁は遠心分離サブシステムへ保留物を分岐するよう調節される。濃縮物中の固形物濃度が第２の予め設定した固形物濃度以上であれば、第２弁は保留物タンクへ濃縮物を戻す。濃縮物中の固形物濃度が第２の予め設定した濃縮物濃度以下であれば、第２弁は収集のため濃縮物を分岐するよう調節される。
【００１４】
他の観点として、本発明はボウル、固形物排出組立体、マイクロフィルター、ダイアフラム及び固形物排出弁からなる自動ピストン排出遠心分離機を提供する。円筒形ボウルは開口を伴う下端を持ち、供給液体から固形物を分離するため高速で回転する供給操作モードの間操作され；固形物はボウルの内側表面に沿って集められる。固形物排出組立体はボウルの内側表面に沿って配置されて動く円筒型外側ピストンおよびボウルの中心軸の沿って延びるシャフトの端に設置された内側ピストンからなる。内側ピストンは実質的に円筒型部分と実質的に円錐型部分を持つ。マイクロフィルターはボウルの中心軸の周りに円筒型に配置され、マイクロフィルターの外側表面とボウルの内側表面の間の外側隙間に固形物を留める。マイクロフィルターはマイクロフィルターの内側表面に隣接する内側隙間を通して濾過濃縮物がボウルを出るようにする。マイクロフィルターの外径は外側ピストンの内径より小さい。ダイアフラムは円筒型でボウルの中心軸の周りに配置され、そして内側隙間に隣接する。
【００１５】
さらに本発明に一致して、粘性のある固形分によく機能し、そして供給物質の低い剪断加速度を示す遠心分離機を開示する。分離機は特に化学あるいは生物物質のような影響を受けやすい固形物に対し特に有効である。本発明の分離機は操作者の介在や付加的な機械装置なしに、影響を受けやすい固形物、液体、材料あるいはそれらの組み合わせ物を回収することができる。分離機は容易に清浄化され、そしてその場で消毒することができる。
【００１６】
分離機は供給操作モードの間、供給物質あるいは液体が注入される開口を伴う円錐型の下端を持つ円筒型ボウルを含んでいる。ボウルが高速回転（ｓｐｉｎ）あるいは回転（ｒｏｔａｔｅ）されたとき、注入した供給液体はボウルの円錐型下端の傾斜した表面に直面する。回転加速力は液体が半径方向を外側に動きを続けるように比較的緩やかに伝わる。そして固形物は供給液体から分離され、そしてボウルの内側表面に、例えばケーキのように集まる。
【００１７】
さらに、分離機はボウルの内側表面と密着−適合してボウル内に配置するピストンを含む。ピストンは異なった分離操作モードの間、空気圧力あるいは液体圧力により繋がっている上側部分と下側円錐型部分を特徴としている。例えば、固形物排出モードにおいて加圧ガスあるいは加圧液体のような流体はボウルから円錐型の下側端にある開口を経て集めた固形物を軸方向に下側へ力をかけるピストンの上側部分に働く。実施するピストンを動かす加圧ガスの種類は窒素及びアルゴンである。同様に実施のボウル内のピストンを動かす加圧液体は蒸留水を含む。一つの実施態様で、ボウルの下側端及びピストンの下側部分は固形物排出を相対的に促進するため補角型（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）である。例えば、ボウルの下側端とピストンの下側部分は実質的に上より下が小さい円錐型（ｆｒｕｓｔｏ）を特徴としている。
【００１８】
本発明の分離機に対して、ピストンは供給操作モードの間、一つあるいはそれ以上のピストンシールとボウルの内側表面あるいは壁の間の摩擦力と同様に供給液体からの水圧による操作によって最上部位置に保たれる。このようなシールはピストンの周囲とボウルの内側表面に隣接して配置される。ピストンは、供給液を送る供給モードの間、開いており、そして固形物がそこから分離された後、清浄化した液体としてボウルから流し出し、そして濃縮物出口へ導く通路を持つ濃縮物ケース内へ流し出す濃縮物弁を、含んでいる。ピストンが固形物排出の間、上側部分に対して働く流体により下方向に働くので、集まった固形物の濃縮物ケースへの通過を防ぐため濃縮物弁は自動的に閉じる。
【００１９】
ピストンはその最上部の位置にあるとき、供給液体から固形物の高速回転分離が行われるようにボウルと一緒に回転する。供給モードで固形物分離の間、清浄化された液体はボウルから出て濃縮物ケースに入る。濃縮物ケースはまた空気圧あるいは水圧によって開閉する隔離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）弁を持っている。例えば、隔離弁は供給モードにおいて、清浄化された液体を濃縮物出口、そして濃縮物として分離機を出るように開いた濃縮物出口弁を通して流すために開く。供給モードが終了すると、供給液体からの水圧はピストンがその最上部の位置に、一つあるいはそれ以上のシールとボウルの内側表面間あるいはボウル内の集めた固形物と同様にボウルの内側の壁間の摩擦力により、本質的に保つように減らされる。供給操作モードが完了したとき、ボウルは回転を止め、分離機内の残っているあるいは残留物液体を円錐型下側端の開口を通して重力により流す。
【００２０】
分離機はまた回転可能な残留物分岐（ｄｉｖｅｒｔ）弁の下側に位置する可動の分岐弁を含む分岐組立体を特徴とし、そのとき残留物（ｒｅｓｉｄｕａｌ）分岐弁はボウルの円錐型下側端内の開口にある。残留液体がボウルから排水されると、残留物分岐弁は閉じた位置となり、液体をボウルから残留液体排水通路に流す。この液体排水通路は排水口に通じ、そこで残留液体は分離機を出る。固形物排出操作モードは、例えば、残留物液体が完全に分離機ボウルから排水された後に開始する。
【００２１】
固形物排出モードにおいて、残留物分岐弁の推進機（ａｃｔｕａｔｏｒ）は固形物分岐ピストンにより固形物分岐弁が上向きになる開いた位置に、ボウルの開口と連動して回転する。濃縮物出口弁はそれから閉じて、そして分岐組立体のための固形物出口弁は開く。隔離弁はまた作動や動作で制御される隔離弁と関連する円形の部材に対して働く加圧ガスあるいは加圧水のような液体によって閉じる。さらに、上記のように、ピストンは固形物排出の間、その上側部分に対して働く流体によって縦の中心軸に沿って下方に向かう。ピストンは本質的に集まった固形物をボウルから開いた固形物出口弁を特徴とする固形物出口に通じる固形物通路に押し出すか“ポンプで出す”（“ｐｕｍｐｓ”）。
【００２２】
一つの実施態様において、分離機のための固形物排出組立体はピストンがボウルの内側表面に対して可動なように配置されていることを特徴としている。ピストンは上側部分と下側部分からなっている。固形物排出組立体はまたピストンの上側部分の上方のボウルに流体を導入するために操作する分岐口を特徴としている。ピストンの上側部分の上方のボウル内の流体圧力がピストンの下側部分の圧力と比較して増加するとき、ピストンはボウル内を動く。例えば、固形物排出の間、ピストンの上側部分の上方のボウル内への流体の導入はピストンを中心軸を下方に動かす。望ましくは、ピストンはボウルに関して中心軸を下方に動かす。上記のように、固形物排出操作モードの間、ボウルの上側部分への流体の導入はピストンがボウルの内側表面に沿って集めた固形物を押し出すこととなる。
【００２３】
固形物排出組立体はまたピストンの下側部分の下のボウル内への流体の導入のため操作する口からなる。ピストンの下側部分の下方のボウル内の流体圧力がピストンの上側部分の上方の圧力と比較して増加するとき、ピストンはボウル内を動く。例えば、ピストンの下側部分の下方のボウル内への流体の導入はピストンをボウルの上側端の方へ動かす。他の実施態様において、分離機はまた上側端領域に弁を持ち、ピストンの上側部分の上方のボウルの加圧を可能とする操作ができる。このような弁は弁と共に操作される円状部材に対して掛かる流体圧力に応じて推進される。
【００２４】
他の実施態様において、本発明の分離機は開口を伴う下側端を持つ円筒型ボウルからなる。供給操作モードの間、ボウルは供給液体から固形物を分離するため高速度で回転する。上記のように、ボウルの内側表面に沿って固形物は集まる。分離機はまた固形物排組立体と排水通路を明確にする第１弁部材を特徴としている。排水通路は第１弁部材が閉じた位置にあるとき、液体をボウルの開口から排水するよう操作する。望ましくは、ボウルの開口と排水通路は液体をボウルから通路へ重力で排水することができる形状である。
【００２５】
第１弁部材はまた供給操作モードの間、ボウルの開口と協動するか開口に近い供給通路を明確にする。供給通路はボウル内に供給液体を注入させる。第１弁部材はまた回転中心軸の周りを部材が回転するため弁推進機と連結して操作できる。一つの実施態様として、分離機はまた第１弁部材が閉じた位置にあるとき、第１弁部材の下側表面と連動する第２弁部材からなる。さらに、分離機は第２弁部材が近くに配置されている最上端部を持つ弁ピストンを特徴とする。弁ピストンはボウルに関して第２弁部材を動くよう操作する。例えば、固形物排出の間、弁ピストンは第２弁部材がボウルの開口と連動するよう縦の中心軸に沿って上方に動く。同様に、供給操作モードの間、第１弁部材は閉じた位置にあり、そして上記のように、供給液体をボウルに注入するためにボウルの開口と連動する供給通路を明確にする。
【００２６】
一つの実施態様において、本発明の分離機は弁ピストン内に部分的に配置する第１通路からなる。例えば、第1通路は弁ピストンの最上端部で第２弁部材と連動する。分離機ボウル内の開口及び第１通路は固形物排出の間、また固形物がボウルから第１通路を通過できる構造となっている。第１通路は、また第２通路のための口を通じて導入される流体が固形物とそこで接触するように第１通路に入るよう弁ピストン内に部分的に配置される第２通路と連動する。望ましくは、第２通路のための口を通って導入される流体は第１通路の弁部材が開いているとき、そこで固形物と接触するために第１通路に入る。望ましくは、第２通路のための口を通って導入される流体は第１通路の弁部材が開いているとき、そこで固形物と接触するため第１通路に入る。分離機の弁ピストンはまた弁ピストンが環状フランジに掛かる流体圧力に応じて動くよう、その周囲に配置された環形フランジを特徴としている。
【００２７】
一つの実施態様において、分離機はまた弁ピストン内に部分的に配置された第１通路からなる。第１通路は第２弁部材と、例えば、弁ピストンの最上端で、そして弁ピストン内に部分的に配置される第２通路と合体する。望ましくは、第１通路の弁部材が閉じているとき、第２通路のための口を通って導入される流体はピストンの下側部分の下方のボウルに入る。口を通って導入される流体は、ピストンがボウルの上側端の方へ動くようにピストンの上側部分の上方のボウルに比較してピストンの下側部分の下方のボウル内の流体圧力を増加する。
【００２８】
本発明はまた遠心分離機から固形物を排出する方法を提供する。一つの実施態様において、方法は上記の分離機および／あるいは固形物排出組立体を提供し、そして駆動口を通して流体を導入することからなる。ピストンがボウル内で動くように下側部分の下方のボウルと比較してピストンの上側部分の上方のボウル内の流体圧力を増加する。方法はまたボウルの内側表面に沿って集まる固形物を排出することからなる。さらに、方法はボウルの高速回転により固形物分離のためボウル内に供給液体を注入することからなる。望ましくは、供給液体は駆動口を通して流体を導入する前にボウル内に注入される。本発明の方法はまた最上端の位置にピストンを本質的に戻すことを含んでいる。ピストンはピストンの上側部分の上方のボウルに比較してピストンの下側部分の下方のボウル内に流体を導入することにより最上端の位置に本質的に戻すことができる。ピストンはボウルの内側表面に沿って集まった固形物を排出した後にその最上部の位置に望ましくは本質的に戻る。本発明はまたどのような特殊な注文あるいは方法においても上記方法を実施することを考慮している。
【００２９】
［図面の説明］
本発明の他の特徴及び利点は次の付属する図面と連結して、引き続く発明の詳細な説明で明らかになる：
【００３０】
［本発明の詳細説明］
図１は遠心分離機の水平断面を良く示すように中央部分を除いた縦断面を示している。遠心分離機は分離函１３の中央領域１１に取り付けられた円筒型分離ボウル１０を含んでいる。望ましくは、分離ボウルはそれ自身の直径より長い。その直径より大きいボウルの長さであることにより、ボウル内の“端末効果”が最小となる。一般的に、端末効果はボウル内の傾斜した部分に沿った流体の端、そして特にボウルの端近くで引き起こされる。一つの実施態様において、分離ボウル１０は比較的小さい直径Dと長さＬで、Ｌ／Ｄ比が５／１あるいはそれより大きさを持つ円筒型のボウルである。そのようなＬ／Ｄはボウル内に生じる軸方向の波動はボウルの長さを行き来するため本質的にエネルギーを失うように波動を防ぐ傾向がある。おおよそ、Ｌ／Ｄ比が５／１あるいはそれより大きいと、本発明の分離機はボウル内の軸方向の波動を小さくするため従来の分離機で使用されている隔壁の必要性を避けることができる。
【００３１】
図１の分離機において、ピストン１２からなるピストン組立体をまた含んでいる。図示するように、ピストン１２はボウル１０の円錐型下側端１７に合致する下側円錐型部分を持っている。円錐型下側端１７は分離機の供給操作モードの間、供給液体の回転する加速装置として働く。分離機はまた上側端１９内に、空気圧力あるいは水圧力で開いたり閉じたりする隔離弁２６を持つ濃縮物ケース３０を特徴としている。
【００３２】
可変速駆動モータ１６は駆動ベルト５により、遠心機函１３のための上側端のカラー（ｃｏｌｌａｒ）状延長体２２に位置する取付ベアリング及びスピンドル組立体の駆動プーリー１８に連結されている。本発明の分離機はまた他の従来のモータや駆動システムを使用して操作できる。望ましくは、他の適当な組立体配置が本発明に一致して使用できるけれども、ベアリング及びスピンドル組立体２３は半球状部１と短い円筒型スピンドル部２０からなっている。一つの実施態様として、半球状部は上側半半球状部と下側半半球状部からなっている。任意に、半球状部１は一つあるいはそれ以上の対となる表面に取り付ける。例えば、図１はそれぞれ半球状部分の上側と下側半半球状部と圧縮して接触しているシート２４及び２５を示している。本発明に採用している実施例の半球部分はＵＳ特許申請Ｎｏ．１０／８７４，１５０に記述されており、ここに参照として組み入れている。
【００３３】
実施例のシート２４及び２５はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）あるいはテフロン（登録商標）ベースの材料（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような、分離機の中心縦軸の周囲の半球状部分１にいくらか延びる低い摩擦係数の部品からなる。シート２４及び２５は半球状部分１が半径方向及び軸に上下方向に動くことを防止する。さらに、スピンドル部２０が操作中高速で回転する分離機の中心縦軸４１の周りを回転するように、シート２４および２５はスピンドル部２０が一定の縦方向及び水平方向の旋回を制限する。スピンドル部２０の旋回は、例えば、ゴムで造られた任意の揺れ動き防止リング２１によりまた鈍らせる。このような半径方向や軸方向の動きを防ぎ一定の旋回を制限することにより、回転するボウル１０の自然の振動に伴う振動を減らすことができる。シート２４および２５はまた、例えば、組立体２３あるいは函自身の回転の伝達のような伝達を実質的に防ぐ弓状のシーリング部品である。一般的に、そのような伝達の防止は半球状部分１を操作上安定化する。
【００３４】
一つの実施態様で、シート２４及び２５は連続するリング部材、別々の安定化部材あるいはそのような部材の組み合わせ部材として形成される。シート２４及び２５は半球状部分１と圧縮しての接触が、例えば、分離機に対する特別な工程上の要求に応え修正できように調整する。そのようなシート２４及び２５の調整の可能性は、例えば、これらと組み合わされる一つあるいはそれ以上の調整部材の使用によって促進される。上記のように、本発明はまた半球状部分１の上側及び／あるいは下側半半球状部分と圧縮して接触している個々のシートを採用することを意図している。
【００３５】
取り付けられたベアリング及びスピンドル組立体２３の回転は、例えば、反回転ピン２９のような位置決め部材によりまた防止することができる。例えば、図１はスピンドル組立体２３内に拡大した開口を貫通して延びるように位置決めされたピン２９を示している。一つの実施態様において、そのような位置決め部材はベアリング及び組立体２３に対する取付け部材と一体となっていて、伝達、例えば、組立体２３あるいはその函の回転伝達を防止する。図示するように、反回転ピン２９はスピンドル部分２０の旋回（ｓｗｉｖｅｌｉｎｇ）を妨害しないように組立体２３の開口内を動くことができる。分離機によって経験する回転や旋回の程度は高速分離が起こす速度に関係している。駆動モータ１６はまた供給液体の分離のために希望する速度で分離器ボウル１０を回転するよう制御可能で操作できる。
【００３６】
図１に示すように、濃縮物ケース３０、濃縮物出口３２、濃縮物出口弁３３および濃縮物弁３４で、これらの全ては、操作の間、ボウル１０から清浄化液体および分離機から濃縮物を除去することを含んでいる。より詳細を下記するように、濃縮物ケース３０は供給モードにおいて、供給液体がボウル１０に入るように開いている隔離弁２６を含んでいる。隔離弁２６は環状部材９からなり、望ましくは、隔離弁の周囲に配置される。供給モードの間、濃縮物出口弁３３はまた開いたまま維持される。対照的に、隔離弁２６と濃縮物出口弁３３の両方は固形物が分離機からポンプで出されるとき閉じている。隔離弁は図１０で参照としてより詳細を記載しており、図１０は供給モードの間の分離機の上側部分１９を示している。濃縮物出口弁３３は手動あるいは便利な自動弁制御組立体を経て閉じることができる。さらに、分離機は分離機函１３の下側端領域３９からなる。
【００３７】
図１はまた分離機函の実施態様、例えば、分離機函１３の下側端領域３９内に位置し、回転できる残留物分岐弁９２の下側表面の下側に位置する可動の固形物分岐弁９０を図示している。任意に、残留物分岐弁９２の下側表面は固形物分岐弁９０内に部分的に延びている特徴を持っている。ボウル１０の円錐型下側端１７内の開口７６に位置する残留物分岐弁９２は供給モードの間、維持される閉じた位置を示している。閉じているとき、弁９２は供給液口９６と繋がっている供給液通路９４を明確にし、同様に残留物液体排水通路９８は残留物排水口１００と繋がっている。残留物分岐弁９２はまた分離函１３の下側端３９と完全に組み立てられる弁受け部材１２０内に連結するよう設置される。弁９２はまた軸６の周囲を閉じた位置から回転し、固形物分岐弁９０をボウルへの開口７６と繋がるよう上方向に向ける。
【００３８】
本発明の分離機はまた図１に示すように、固形物通路１０４は、望ましくは、固形物分岐ピストン１０２内に中心軸で配置され、固形物出口１０６と固形物出口弁１０７を連絡するよう最も低い端で分岐ピストン１０２を越えて延びることからなっている。通路１０４、ピストン１０２、口１０６および弁１０７はそれぞれ操作の固形物排出モードの間、遠心分離機からの集まった固形物の除去に関連している。固形物が分離機ボウル１０よりポンプで排出される間、固形物排出弁１０７は、例えば、固形物を固形物出口弁１０６を通って固形物通路１０４から分離機へ送るように開いている。
【００３９】
固形物排出弁１０７は手動で開くか、あるいは簡便な自動弁制御組立体を経て開かれる。固形物排出モードは通常敏感な固形物、例えば、無傷の細胞をポンプで出しそして回収し、例えば、さらなる取扱なしにこれらの固形物を他の工程あるいは貯蔵容器に移すことができる。操作者により取り扱われる固形物はなく、固形物は損害や汚染されそうにない。本発明の分離機は、例えば、図１の分離機のように、いずれの通路、弁、ピストン、推進機、組立体、口、部材の構造や配置をまた特徴としており、そして上記のように特殊な応用に適している。
【００４０】
清浄化通路１０８は固形物分岐ピストン１０２内に配置され、望ましくは、固形物通路１０４に並行で、任意に清浄化口１１１に繋がるよう最も低い端にあるピストン１０２を越えて延びている。最も上端で清浄化通路１０８は固形物通路１０４と繋がっている。最上端で、清浄化通路１０８は固形物通路１０４と繋がる。固形物排出モードの次に清浄化口１１１および通路１０８は共に通路１０４に残っているいかなる固形物の回収を助け、同様に分離機を清浄化あるいは消毒することを助ける。固形物排出モードが完了すると、清浄化口１１１及び通路１０８はまたピストン１２を中心軸に上方に向うよう操作をする。
【００４１】
特に、固形物が分離機からポンプで出された後、固形物排出弁１０７は、流体、例えば、清浄化口１１１及び通路１０８を通って導入される加圧ガスあるいは加圧液体がピストン１２の下側円錐型部分と接触するよう、そして次の供給操作モードのためにピストン１２が最も上の位置に実質的に戻るまでピストンを上方へ押しやるように、閉じる。ピストン１２を駆動するための実施圧縮ガスは窒素及びアルゴンである。同様にボウル１０内のピストン１２を駆動するために使用する実施加圧液体は蒸留水を含む。
【００４２】
他の実施態様で、本発明の分離機は、例えば、固形物排出を促進するピンチ（ｐｉｎｃｈ）あるいはボール（ｂａｌｌ）型組立体を特徴とする。従来のピンチ型弁組立体は操作の間、ペースト状の固形物に遭遇する分離機に望ましい。実施のボール型弁組立体は分離機函の下側端領域に配置される半球型排出弁からなる。ボール型弁組立体の排出弁はまた供給液体および分離機ボウルから排水される残留物液体のための通路を含んでいる。例えば、排出弁は、それぞれ、供給操作モード及び固形物排出モードの間、閉じた位置と開いた位置の間を回転する。
【００４３】
供給モードの間、分離機函は、例えば、ボウルの円錐型下側端の開口と繋がっているボール型弁組立体の供給および残留物液体通路を除いて、閉じる。ボール型弁組立体はまた、例えば、ピストンの引き戻しおよび分離機を清浄化あるいは消毒のための一つあるいはそれ以上の口を含んでいる。本発明の分離機に使用している実施ボール型弁組立体はＵＳ特許Ｎｏ．６，７７６，７５２に記載されており、ここに参照として組み入れている。
【００４４】
図２は本発明の分離機函１３の下側端領域３９に配置されたボール型弁組立体４０からなる分離機の実施態様を示している。望ましくは、ボール型弁組立体４０は図示するように排出弁４２を特徴している。例えば、排出弁４２は内側方向に面しているフランジ４３の下方に備えられる。一つの実施態様で、排出弁４２は供給液体口４５と繋がっている供給液体通路４４を組み込んでいて、残留液体排水口４７と繋がっている残留物液体排水通路４６も同様である。弁シール４８はまたフランジ４３の下側表面上に配置される。
【００４５】
供給モードの間、図２の分離機は閉じた位置にある排出弁４２を特徴としていて、弁の外側上側表面は弁シール４８に対している。弁シール４８は弁駆動機４９を通って導入される流体、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体によって膨脹する。望ましくは、弁シール４８は供給モードの間ずっと膨脹したままである。図２は固形物−ベアリング供給液体は供給液体口４５を通って導入される。供給液体は供給液体口４５から供給液体通路４４内に流れる。望ましくは、供給液体通路４４は、ピストン引き戻し駆動機５２内に中心軸方向に配置されている主通路５０に繋がっている。主通路５０の上側端は、供給モードの間、供給液体をボウル１０の円錐型下側分１７内の開口内へ噴射するための噴射口１５４を合体している。
【００４６】
本発明に対する供給操作モードは図４を参照して下記により詳細に記述しており、図４は分離機函１３の下側端領域３９内で回転できる残留物分岐弁の下側表面の下方に置かれた可動固形物分岐弁を特徴としている分離機の実施態様を示している。図２に関して、供給モードは、例えば、分離機ボウルの円錐型下側端１７と接しているピストン引き戻し駆動機５２を持つことを特徴としている。図示するように、ピストン引き戻し駆動機５２は、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体に応じて中心軸を上下方向に動く。
【００４７】
固形物が供給液体から分離された後、ピストンはボウル内の残留物液体は開口７６を通って排出弁４２の形のある表面上へ排水するように分離機ボウル１０と接したままであり、排出弁はまた上記したように閉じた位置に留まる。図２に示すように、残留物液体はそれから排出弁４２の形のある表面によって残留物液体排水通路４６を通過するように繋がる。残留物液体は排水通路４６を通過しそして残留物液体排水口４７を通ってやがて分離機を出る。
【００４８】
一つの実施態様で、流体口５８に導入される流体圧力はピストン引き戻し駆動機５２の周囲に配置された環状駆動機フランジ５７の下側表面に働き、引き戻し駆動機５２を上方に動かす。ピストン引き戻し駆動機５２の中心軸に沿った動きはまた駆動機制御口５４を通って導入される流体によって制御される。例えば、駆動機制御口５４は流体が口５４に入りそしてピストン引き戻し駆動機５２の周囲に配置される環状駆動機フランジ５７の上側表面と接触するよう分離器函の下側端領域内に準備される。
【００４９】
作動体制御口５４及び流体口５８はまた環状駆動機フランジ５７の上下表面に同時に接触することによりピストン引き戻し駆動機５２を協調して作動し動かすため働く。例えば、ピストン引き戻し駆動機５２は、環状駆動機フランジ５７の上側表面に対して働く圧力が下側表面に働く圧力より低いとき、上方へ動く。供給モードの間、環状駆動機フランジ５７は中心軸に沿って上方へ上げそしてボウル１０の開口７６とガス漏れのない連結を保持する。ピストン引き戻し駆動機５２の内表面とボウルの開口７６の接面は、それらの間に配置されるＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮをベースとする弾性体シール（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）でまたシールする。
【００５０】
望ましくは、ピストン引き戻し駆動機５２はまたボウル１０の開口７６と、ピストン１２が通常固形物排出モードに戻るその最も上部の位置に実質的に戻る間、ガス漏れがなく連結している。上記のように、ガス漏れのない連結は流体口５８を通して導入され、ピストン引き戻し駆動機５２の周囲に配置された環状駆動機フランジ５７の下側表面に対して働く流体圧力により達成される。流体はまた駆動機制御口５４で分離機に入るけれども、フランジ５７の上側表面に挿入される圧力はガス漏れのない連結を保つためフランジの下側表面に対して働くより低い。流体口５８がピストン引き戻し駆動機５２の動きを完全に制御するように、フランジ５７の上側表面に流体を導入しないことが駆動機制御口５４に対してまた望ましい。
【００５１】
ピストン１２を最も上側の位置に実質的に戻すため、流体圧力が縦の中心軸に沿ってボウルの開口７６と繋がるようピストン引き戻し駆動機５２を上方に上げ、分離機ボウル１０を供給液体口４５を経て挿入した後、流体はピストン１２の下側の円錐型部分と接触する。ピストンが最も上側の位置に実質的に戻ったとき、供給液体口４５を介し導入される流体は停止される。ピストン１２はそれからボウル１０の内面の壁に隣接する一つあるいはそれ以上のピストンシール間の摩擦力により最も上側の位置に実質的に保持される。図２に示すように、環状ピストンシール５９はピストン１２の周囲に配置されそしてボウル１０の内側壁に接する。シール５９は弾性体材料、例えば、ＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮ（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物からなる。
【００５２】
ピストン１２が最も上側の位置に実質的に戻る前に、分離機は典型的に固形物がボウル１０からポンプで出される固形物排出モードで操作される。図２に示される本発明の分離機において、固形物排出モードはピストン１２が中心軸に沿って下方向に移動するにつれ固形物が分離機を離れることができるように開いた位置に回転軸６の周りを回転する排出弁４２によって特徴づけられる。
望ましくは、固形物排出モードの後、排出弁４２は開いた位置に回転し、分離機は容易に清浄化されあるいはその場で消毒される。
【００５３】
例えば、排出弁４２を閉じた位置から回転するために、供給モードの間、開いた位置に、固形物排出モードの間、弁シールはしぼむ。弁シールは、例えば、弁駆動機４９で流体の導入を停止することによってしぼめることができる。ピストン引き込み駆動機５２を含む排出弁４２の上側の分岐部分位置は回転する中心軸６の周囲を、フランジ４３の内部の刃により決まる開口を離れて、それから望ましくは９０°回転する。一つの実施態様で、固形物排出モードのために開いた位置に排出弁を回転する前に、ピストン引き戻し駆動機５２はボウル１０の開口７６とガス漏れのない接続から離れる。駆動機５２は、例えば上記のように、ボウル１０から離れて中心軸を下方へ動く。
【００５４】
ボウルの開口７６および開いた位置に回転した排出弁４２とガス漏れのない接続から離れたピストン引き戻し駆動体５２で、固形物はボウル１０の円錐型下側端１７を通って分離機からポンプで出される。望ましくは、固形物はピストン１２が中心軸を下方に移動するにつれ、分離機ボウルからポンプで出される。一般的に、分離機排出モードは、図７の分離機を参照してより詳細を下記に記載するように分離機の上側部分１９において開始する。図２に示すように、ピストン２はまた円錐型の下側端１７近くあるいは分離機ボウル１０の開口７６に貼り付いた特別なペースト状の固形物の分離を助けるナイフ状刃６２を特徴としている。
【００５５】
図３はレーザー検知器組立体１２２を特徴とする図２の分離機の切断面である。例えば、組立体１２２は適当な方法で分離機函１３内あるいは外部に設置される。一般的に、光学素子、例えば、焦点を合わせそして反射する部材が適当な搭載付属品が組立体１２２のための構造あるいは配置を容易にするため利用される。図示するように、レーザー検出器組立体は分離機の上側部分１９の上方かあるいは上側部分１９に配置される。望ましくは、組立体１１２は分離機１３のための上側端のカラー状伸張体２２の上方に配置される。レーザー検出器組立体１２２は分離機ボウル内のピストン１２の中心軸方向の動きを検出するために利用される。一つの実施態様で、分離機は、例えば、従来の型のレーザー光放射装置である。
【００５６】
例えば、図３のレーザー検出器組立体１２２はパルスレーザー光１２４を放射することによりピストン１２の軸方向の動きを検出する。普通の技能を持つ当業者に良く知られたように、組立体１２２はパルスレーザー光１２４を放射することにより、ボウル１０内のピストン１２の位置を決定できる時間−対−移動を提供する。一つの実施態様で、ピストン１２と関連し、そして望ましくは、ボウル１０のハブ（ｈｕｂ）６０内の光学的な経路を経てレーザー検出器組立体１２２と光学的に一列になる反射表面あるいは部材は、組立体１２２にレーザー光を反射して戻す。さらに、時間−対−移動測定はピストン１２が移動する軸方向の距離に関する入力を操作者に提供する。図３のレーザー検出器組立体１２２はボウル内のピストンが軸方向に上方向あるいは下方向に移動するピストン１２を検出し、同様に、例えば、ピストン１２を動かすために利用する圧力の機能を検出するために利用する。本発明はまたピストン１２の動きを検出するために、例えば、超音波、赤外線あるいは放射線エネルギー放射手段に基づく他の従来の組立体あるいは装置を用いることを考慮する。
【００５７】
図４はボウル１０及びピストン１２が高速で一緒に回転する供給モードの間、操作する本発明の分離機を図示する。例えば、固形物を含んでいる供給液体はボウルに注入されそしてボウルの円錐型下側端１７の内側表面まで通路６４内を流れる。望ましくは、ピストン１２は清浄化液体７２からボウルのハブ６０にかかるように水圧によって、濃縮物弁３４を開いた位置に維持しながら、最も上端の位置に保持される。一つの実施態様で、濃縮物弁３４はハブ６０からピストン１２内に延びるピン６７によって開かれ、弁３４を縦の中心軸４１に沿って下方へ押す。濃縮物弁３４は固形物排出モードの間、例えば、スプリング６６は、下記に詳細を記載するように、上向に働くため閉じる。
【００５８】
濃縮物弁３４及びピストン１２は、例えば、また一つあるいはそれ以上のシールを含む。望ましく、一つあるいはそれ以上のシールは濃縮物弁３４と共に清浄化液体がそこから出た後、分離機ボウル１０の中に戻ることを防ぐために使用する。そのようなシールはまた固形物排出モードにあるピストン１２の下方向への動きの間、固形物が濃縮物ケース３０に入ることを防ぐため使用する。さらに、このようなシールはピストン１２の上方の分離機ボウル１０の部分を、固形物排出モードの間、ピストンが流体圧力によって十分に下方へ下がるよう圧力をかけそして維持するようにする。濃縮物弁３４およびピストン１２を関係づけるシールはまた清浄化液体をボウル１０の内部表面とピストン１２の間を流れることを防ぐ。本発明は一つあるいは全ての通路、弁、ピストン、駆動機、組立体、口、部材及びここに記載した同様な物と組み合わされる一つあるいはそれ以上のシールを使用することをまた考慮する。
【００５９】
濃縮物弁３４およびピストン１２の実施したシールは、例えば、弾性体材料をベースとするＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮ（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物からなる。例えば、このようなシールは図１０に示す分離機を参照して下記により詳細に記述する。図４に示すように、ピストン１２はボウル１０の内側の壁に隣接するピストンシール５６間の摩擦力により最も上側の位置に実質的に保持される。望ましくは、これらのシール５６はピストン１２とボウル１０の内側壁との境界面の周囲に配置される。一つの実施態様で、シール（ｓｅａｌｓ）５６はピストン１２上の直線部分によりお互いに分離される。シール５６は、例えば、ピストンの軸方向の動きの間ピストンの不均一な並びを防ぎ、ボウルがピストン１２の上側あるいは下側のいずれかに効果的に圧力をかけるように、ボウルの内側表面との均一な接触を提供する。他の実施態様において、ピストン１２は、その周囲に配置されボウルの内面の壁と境界になる複数のシールを特徴とする。さらに、シール５６の代わりに、例えば、図２に示されるような単一のシールがピストン１２の周囲に配置される。
【００６０】
一つの実施態様で、本発明の分離機のボウル１０の内部はひっかき傷耐性形の被覆を特徴としている。例えば、このような被覆はボウル１０の全表面部分に配置される。分離機のボウルの内面のための実施被覆は酸化クロム、窒化ホウ素、酸化チタンあるいはこれらの組み合わせ物を含む。望ましくは、はひっかき傷耐性形の被覆はボウルの摩滅を防ぐ。このような摩滅は効果的な固形物の分離及び回収を妨げる供給液体の剪断を引き起こす。ボウル内のひっかき傷耐性形の被覆はまたボウルの内側表面とピストン１２の周囲に配置された一つあるいはそれ以上のシール間の均一な接触を提供する。ボウルの内側表面とピストン１２の周囲に配置された一つあるいはそれ以上のシール間の均一な接触は上記のようにボウルの効果的な加圧と集めた固形物の効果的な回収を助ける。
【００６１】
ボウル１０の高速回転により生じる分離力のもとで、図４が集めた固形物７０と清浄化液体に分離された供給液体を示す。清浄化液体はパス７２に沿って上方へ続き、濃縮物弁３４を通り、そして濃縮物排出孔７４でボウルを出る。一つの実施態様で、濃縮物排出孔７４は分離器ボウル１０上側端に配置されるかあるいは実質的に配置される。望ましくは、排出孔７４は供給操作モードの間、例えば、開いている隔離弁２６を特徴とする濃縮物ケース３０内に繋がる。隔離弁２６は弁２６の周囲に配置された環状部材９に対して働く圧縮ガスあるいは加圧液体によって開かれて保持される。
【００６２】
例えば、供給モードにおいて、流体は環状部材９の下側表面に下側口４を通って導入される。清浄化液体７２はそれから濃縮物ケース３０から濃縮物出口弁３３を特徴とする濃縮物出口３２内に通過する。望ましくは、濃縮物出口弁３３は供給モードの間、清浄化液体７２を濃縮物７３として分離機を出るよう開いている。
【００６３】
本発明の分離機はまたそこから出る濃縮物７３の品質を確保する必要がある応用において採用される。例えば、濃縮物として分離機を出る影響を受けやすい有機高分子は与えられた分離からの最高の望ましい収率である。事実、本発明はまた濃縮物および固形物の両方が望ましい収率である応用を考慮している。分離機を出る濃縮物の品質を保持することが重要である応用において、本発明の分離機はそこから得られる清浄化液体および濃縮物の全体の剪断を減じるために使用される。典型的に、そのような剪断は、例えば、影響を受けやすい濃縮物の品質を低下させる。
【００６４】
一つの実施態様で、本発明の分離機は、例えば、分離及び／あるいは固形物回収手段を回転ボウルに付加して、あるいは代わりに使用する。分離手段の一つの例は従来の対−円盤（ｐａｉｒｉｎｇ−ｄｉｓｃ）組立体である。本発明の分離機は、例えば、そこから得られた清浄化液体および濃縮物の剪断を減じる対−円盤組立体からなる。例えば、対−円盤組立体は本発明の濃縮物の品質を確保することが望まれる分離機のための応用において利用できる。通常の技術をもつ当事者にとって理解できるように、対−円盤組立体は供給液体から固形物、例えば、望ましい濃縮物を通常最小の剪断で連続分離できる。
【００６５】
本発明の分離機は、例えば、ボウル１０が分離機函１３から対を外されることにより、固定しそして取り付ける手段のような一つあるいはそれ以上の特徴からまたなる。望ましくは、対を外されたボウル１０と共に、ピストン１２およびその付随組立体は上記した対−円盤組立体のような分離および／あるいは固形物回収手段で代替される。代替の分離および／あるいは固形物回収に適する分離機ボウルは一つあるいはそれ以上の特徴により本発明の分離機と本質的に組み合わされる。本発明の分離機は特別の応用に使用することができる。与えられた固形物分離応用のために本発明の分離機の配置を修正する能力は参照としてここに組み入れるＵＳ特許Ｎｏ．６，７７６，７５２に記述される軸方向の掻き取り機（ａｘｉａｌ  ｓｃｒａｐｅｒ）あるいはピストン押出（ｐｉｓｔｏｎ−ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）組立体のような分離および／あるいは固形物回収手段の利用を可能にする。
【００６６】
図４の分離機に示したように、供給操作モードにおいて、固形物分岐弁９０はガス漏れのない配置に残留物分岐弁９２の下側表面に上向きに保たれる。一つの実施態様で、固形物分岐弁９０は、例えば、そこに配置する一つあるいはそれ以上のシールを特徴とする。例えば、そのようなシールは、望ましくは、ピストン１２の上側部分の上方をピストン１２に動きをさせるため分離機函１３とボウル１０の加圧を可能とするため利用される。そのようなシールは、例えば、弾性体材料をベースとするＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮ（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物からなる。分離機函１３及びボウル１０の加圧、望ましくは、ピストン１２の上側部分の上方の加圧を可能とするようなシールで、例えば、固形物排出モードの間、隔離弁２６は開いて保持される。図４の分離機の隔離弁２６が、例えば、固形物排出操作モードの間、開いて維持される配置は特別な応用に有利である。
【００６７】
望ましくは、図４に示される分離機は一つあるいはそれ以上のシールをもつ固形物分岐弁９０を特徴としている。そのようなシールは、例えば、分岐弁２６が固形物排出モードの間、閉じた位置にあるとき、分離機ボウル１０に、望ましくは、ピストン１２の上側部分の上方に効果的な加圧を提供する。例えば、固形物排出操作モードの間、隔離弁２６が閉じていることにより、ボウル内のピストンを動かすための加圧容量と加圧のために要求される時間は減少する。本発明の分離機は図２を参照して上記に記載したように、例えば、固形物排出操作モードの間のように、ピストンを軸方向に動かすためにピストン１２の上側部分の上方にある分離機ボウル１０を加圧することを望むとき、望ましくは、隔離弁は閉じた位置にあることを特徴としている。隔離弁が閉じていて、函１３とボウル１０の間の容量は加圧される必要はなく、函はまたそのような加圧を維持できるように製作される必要はない。
【００６８】
例えば、ＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮベースの弾性体材料（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物からなるシールはまた、望ましくは、弁９２と固形物分岐弁９０間の境界面をシールするために、例えば、残留物分岐弁９２の上に配置されるかあるいは組み合わされる。一つの実施態様で、固形物分岐弁９０は、固形物分岐ピストン１０２により上方へ向き、弁９０はピストン１０２の固形物通路１０４と繋がっている最も上端に配置される。図４に示すように、制御口１１３で導入される空気圧力あるいは水圧力はピストン１０２を上向きにするため固形物分岐ピストンの周囲に配置された環状フランジの下側表面に対して働く。
【００６９】
固形物分岐ピストン１０２は空気圧力あるいは水圧力に応じて軸方向に上向きおよび下向きに動く。固形物分岐ピストン１０２の軸方向の動きはまた制御口１１３から導入される圧縮ガスあるいは加圧流体によって制御される。制御口１１３は圧縮ガスあるいは加圧流体が口１１３に入りそして固形物分岐ピストン１０２の周囲に配置された環状フランジ１１０の上側表面に接触するよう分離機の下側端領域に用意される。制御口１１３および制御口１１３はまた環状フランジ１１０の上側及び下側表面を圧縮ガスあるいは加圧流体で同時に接触することにより分岐ピストンを推進し動かすため一致して働く。
【００７０】
また図４に示すように、ボウル１０の底の開口７６に配置する閉じた位置に残留物分岐弁９２はある。弁９２は供給液体がパス６４に沿ってボウル１０に注入されるように、液体口９６と繋がっている供給液体通路９４を決めている。
残留物分岐弁９２はボウルが回転しているのでボウル１０と接触する必要がないよう供給液体は隙間を横切ってボウル１０に注入され、弁９２とボウル１０の機械的疲労を防ぐ。弁９２に残留物分岐弁推進機１１４は対になって作動する。ガス圧力あるいは水圧力シリンダーである推進機１１４は残留物分岐弁９２を軸６の周囲に沿って閉じた位置から回転する。供給液体が供給液体通路９４を通ってボウル１０の底に供給される間、固形物分岐ピストンの固形物出口１０６は固形物出口弁１０７を閉じた位置にする特徴がある。
【００７１】
一つの実施態様で、本発明の分離機は清浄化液体７２がパス６４に沿って濃縮物弁３４を通って上向きに通過し、濃縮物排出開孔７４でボウルを出るので清浄化液体７２の全体の剪断の程度を減らす。例えば、清浄化液体７２の全体の剪断の程度は図５に示すように清浄化液体７２の動きによって減る。図５は本発明の分離機、特に濃縮物弁３４が、設計により、下降流パス１２９に沿う清浄化液体の下降流効果を引き起こす。
【００７２】
図５に示す下降流パス１２９は清浄化液体の外部境界１３０の下側に、例えば、供給モードの間、ボウル１０と濃縮物弁３４の構造および／あるいは配置により水中に沈められている。望ましくは、外部境界１３０の下側に水中に沈められた下降流パス１２９を持つことにより、空気流、表面波、ボウル１０の非同心円効果等一般的に清浄化液体の動きを乱す傾向はない。例えば、清浄化液体の動きを乱さないことにより、全体の剪断の程度は本発明の分離機を用いて最小化できる。
【００７３】
図５に示すように、下降流パス１２９はボウル１０の内側表面に沿って集まった固形物７０との接触を避け、それによりそのような接触から生じる清浄化液体の剪断を避ける傾向がまたある。通常、従来の分離機では清浄化液体の流れは、例えば、集まった固形物あるいは分離機ボウルの表面内部にある境界のような表面境界に沿っている。特に、従来の分離機内のコリオリ力（ｃｏｒｉｏｌｉｓ）加速効果は清浄化液体をボウルの内部の表面境界に沿って流し、ボウル内に顕在する剪断力に曝すようになる。本発明の分離機の清浄化液体７２の下降流パス１２９は全体の剪断の程度を制限するようそのような表面境界を避ける。
【００７４】
図６は残留物液体１３２がボウル１０から残留物液体排水通路９８に排水するように閉じている残留物分岐弁９２を伴う分離機を図示している。排水通路９８は残留物液体排水口１００に通じ、そこで残留物液体１３２は分離機からついに排水される。一つの実施態様で、残留物液体１３２はまた、例えば、分離機に付属する供給タンクに戻される。それから供給タンクは残留物液体、例えば、さらに固形物分離のため供給液体内の残留物液体をもつ分離機を提供する。液体１３２は供給モードが完了し、高速回転分離が終了した後、重力によって典型的に分離機から排水される。供給液体口９６はまた液体１３２が供給液体通路１３２を通って分離機に入ることを防ぐため閉じているか、あるいは十分な背圧がある。ボウル１０およびピストン１２は最早回転していないが、集まった固形物７０は分離機ボウル１０の内側表面に対して密に圧縮され残る。集まった固形物７０は固形物排出操作モードの間、ボウル１０から回収される。
【００７５】
残留物液体１３２がボウル１０から排水されると、ピストン１２はピストンシールあるいはボウル１０の内側表面に隣接するシール５６間の摩擦力によって顕著に最も高い位置にまた実質的に保たれる。図６に、分離機が閉じた固形物出口弁１０７および開いた濃縮物出口弁３３と共にまた示される。濃縮物ケース３０の隔離弁２６は供給操作モードの間、また開いて維持される。また、ピストン１０２の周囲に配置する環状フランジ１１０と固形物分岐ピストン１０２を示す。環状フランジ１１０の下側表面は、固形物分岐ピストン１０２が固形物分岐弁９０を残留物分岐弁９２とガス漏れのない一致で上方に保持するように、推進機口１１２を通して導入される、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体によって、接触される。固形物分岐弁９０と残留物分岐弁９２間の一致は残留物液体１３２をボウル１０から残留物液体排水通路９８に排水し、そこで液体は分離機を出る。
【００７６】
残留物液体１３２がボウル１０から実質的に排出した後、分離機は固形物排出モードの間、集まった固形物７０をポンプで出すよう準備される。濃縮物出口弁３３および隔離弁２６は固形物のポンプ出しに先立ち閉じる。上記のように、濃縮物出口弁３３は手動で閉じるか自動弁制御組立体を介して閉じる。隔離弁２６は分離機の下側口４を通して導入される流体を停止することによって閉じる。流体は隔離弁２６を開いておくため、その周囲に配置された環状部材９の下側表面に働く。固形物排出モードの間、図７に示すように、例えば、代わりに圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体が環状部品９の上側表面を接触し、隔離弁２６を推進し閉じる。流体は固形物排出の間、上部口６１を通して導入され、固形物排出操作モードの間、隔離弁２６を分離機の上側部分１９内に配置されるフランジ５１に対し接触させる。
【００７７】
図７は固形物排出操作モードの間、操作する分離機を図示する。図７はピストン１２の２つの離れた位置の縦割り分割を示す。左側はピストンが下方向への移動の途中で、右側はピストンが排出操作を完了するストロークの最も下側の点にあり、ピストンの下側円錐型部分はボウル１０の下側円錐型端１７の内側表面に載っている。図示するように、ピストンは縦の中心軸に沿って、例えば、ピストン１２の上側部分に対して働く圧縮ガスあるいは加圧液体により下方に向かう。またスプリング６６の上向き力で閉じた位置にある濃縮物弁３４を示している。スプリング６６は、ピストン１２の下方への移動の間、集まった固形物７０とピストン１２の下側円錐型の間の相互作用により上向きに作用する。ピストン１２の下方への移動で、集まった固形物７０はボウル１０の底の開口７６の外へ押し出される。
【００７８】
ピストン１２の下側円錐型部分とボウル１０の下側円錐型端１７の内側表面は集まった固形物７０をできるだけ多く効率的に取り出すよう正確な適合のために機械仕上げをする。縦の中心軸に沿ったピストン１２の動きは分離機の上側部分１９にある推進口２を通って導入される流体によって最初に起こされる。
駆動口２に導入される流体圧力はピストン１２の上側部分についに接触し、その時、濃縮物ケース３０とそこに配置するピストン１２の上側部分の上方のボウル１０の部分は完全にシールされ加圧される。濃縮物ケース３０とピストン１２の上側部分の上方のボウル１０の部分は隔離弁２６が閉じられたとき、シールされ加圧される。
【００７９】
さらに、隔離弁２６は上部口６１を通って導入される圧縮ガスあるいは加圧液体によってフランジ５１に対し下方向に働くので、閉じる。圧縮ガスあるいは加圧液体は隔離弁２６を推進する環状部材９の上側表面に均等に接触する。濃縮物出口３２のための濃縮物出口弁３３はまた、固形物排出モードの間、手動あるいは自動制御組立体によって閉じられる。隔離弁２６を、固形物排出モードの間、分離機の上側部分を示す図１１を参照して以下により詳細を記載する。
【００８０】
固形物排出モードはピストン１２が軸方向に下方向にあるとき、分離機の上側部分１９において始まる。分離機下側端領域３９で、ポンプの排出モードは、残留物分岐弁９２が閉じた位置から残留物分岐弁推進機１１４によって回転されると、始まる。弁推進機１１４は中心軸６の周囲の残留物分岐弁を、例えば、流体圧力に応じて回転する。固形物分岐ピストン９０が残留物分岐弁９２との接触から縦の中心軸に沿って低下した後、弁９２は閉じた位置から完全に９０°回転する。固形物分岐弁９０は、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体が環状フランジ１１０の下側表面に働くために推進機口１１２を通って供給されると、それから縦方向の軸４１に沿って上方向に向かう。固形物分岐ピストン１０２の動きはまた推進機口１１２と一致して働く制御口１１３を通って導入される流体圧力によって制御する。制御口１１３は環状フランジ１１０の上側表面に接触するため流体を入れる。固形物分岐ピストン１０２はそれから、環状フランジ１１０の上側表面に対して働く圧力がその下側表面に対して働く圧力より小さいとき、上方向に動く。
【００８１】
図示するように、固形物分岐ピストン１０２は、固形物分岐弁９０が分離機ボウル１０の底の開口７６とガス漏れのない繋がりに保たれるように軸方向に上向きに動く。固形物分岐弁９０の内表面及びボウルの開口７６の接面がまた、例えば、ＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮベースの弾力性のある材料（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物からなり、これらの間に配置されるシールで、ボウル１０からポンプで出された固形物が周囲の環境との接触によって汚染されないように、シールされる。またシールされた接面は集まった固形物が回収の間、損失することを防ぐ。
【００８２】
ボウル１０の底にある開口７６を通って押された固形物７０は固形物分岐弁９０の下にある固形物分岐ピストン１０２内に部分的に配置する固形物通路１０４内に通過する。固形物通路１０４は固形物出口１０６に導くピストン１０２の最も下端を越えて延びる。上記したように、出口１０６のための固形物出口弁１０７は、ポンプで出された固形物が分離機を出るため出口および弁１０６、１０７を通って通過するよう排出する前に、開く。固形物出口及び弁１０６、１０７はまたポンプで出された固形物が操作者による更なる取扱なしに他の工程あるいは貯蔵容器に通過できるような構造とし、汚染の可能性あるいは機会を減らす。
【００８３】
固形物排出はピストン１２がその下方向きのストロークの最も下端に達しそしてボウル１０のための円錐型下側端１７の内側表面に停止したとき完了する。
集まった固形物７０はボウル１０から排出された後、図８に示すようにピストン１２はピストン１２の下側円錐型部分に対して働く流体によって最も上端の位置に実質的に戻る。分離機の上側部分１９にある駆動機口２で導入されるピストン１２の上側部分に働く、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体はピストンが縦の中心軸４１に沿って上向きに動く前に接続を停止する。また洗浄口１１１から洗浄通路１０８を通って分離機に入った後、ピストン１２の下側円錐型部分と接触する流体が図８に示される。固形物出口弁１０７が閉じたとき、洗浄口１１１で導入された流体はピストン１２を上方に動かすためボウル開口をやがて通過する。分離機ボウル１０はまた、ピストン１２が上方に動く間かあるいは実質的にピストンが最も上の位置に到達した後、清浄化されるかあるいはその場で消毒される。
【００８４】
固形物出口弁１０７は、集まった固形物が分離機から実質的にポンプで出された後、開いた位置から閉じた位置に移り変わる。固形物出口弁１０７は、ピストン１２が上方に向きそして次の供給操作サイクルの間中、閉じた位置に留まる。図８はさらにピストン１２の下側円錐型部分が、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体によって接触される前に、濃縮物ケース３０のための隔離弁２６および濃縮物出口弁３３が開くことを示している。流体はまた分離機の上側部分１９にある上側口６１を通って最早導入されない。代わりに、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体が、隔離弁２６を開くように隔離弁２６の周囲に配置された環状部材９の下側表面をついに接触するために、下側口４を通って分離機に入る。ピストン１２の上方へのストロークが完了した後、ピストンはボウル１０の内側壁に隣接するピストンシール間の摩擦によって最も上部の位置に実質的に保持される。
【００８５】
固形物分岐ピストン１０２は、ピストン１２が上方に向かう間、ボウル１０の底の開口７６とガス漏れがなく繋がっている。ガス漏れがない繋がりは推進機口１１２を通して導入され、固形物分岐ピストン１０２の周囲に配置される環状部材１１０の下側表面に対して働くる流体圧力によって達成される。例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体がまた制御口１１３で分離機に入るけれども、環状フランジ１１０の上側表面にかかる圧力はガス漏れのない繋がりを保つためにフランジの下側に対して働くよりも低い。推進機口１１２が固形物分岐ピストン１０２の動きを完全に制御するように、環状フランジ１１０の上側表面に流体を導入しないことが制御口１１３のためにまた望ましい。
【００８６】
ピストン１２が実質的に最も上部に位置に到達するとき、固形物分岐弁９０は縦の中心軸に沿って、残留物分岐弁９２が回転可能軸６の周囲にある閉じた位置に回転するように、固形物分岐ピストン１０２によって下方へ引かれる。残留物分岐弁９２は残留物分岐弁推進機１１４によって回転し閉じられる。固形物分岐ピストン１０２は、推進機口１１２にその前に適用されていた流体圧力を切ったりあるいは減じたりすることによって、低下される。固形物分岐ピストン１０２の動きは、推進機口１１２に一致して働く制御口１１３を通して導入される流体圧力によって、また制御される。制御口１１３は、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体を環状フランジ１１０の上側表面に接触させる。固形物分岐ピストン１０２は、環状フランジ１１０の上側表面に対して働く圧力がその下側表面に働く圧力よりも大きいとき、それから下方へ向かう。
【００８７】
図９は分離機の下側端領域３９を、閉じた位置に戻った残留物分岐弁９２のより詳細を図示する。図示していないけれども、ピストンはボウル内の最も上部の位置に実質的に戻っている。上記のように、ピストンはボウルの内側の壁に隣接するピストンシール間の摩擦力によって最も上部の位置に保持される。図９において、固形物分岐弁９０は固形物分岐ピストン１０２によって固形物分岐ピストン１０２の下側表面に対して下向きに保持される。図示したように、推進機口１１２で導入される、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体は推進機口１１２の周囲に配置された環状フランジ１１０の下側表面に対して縦の中心軸４１に沿って上向きに働く。固形物排出モードは完了しているけれども、固形物はピストン１０２の固形物通路１０４内に残っている。残っている固形物を除くために、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体が洗浄通路１０８の洗浄口１１１を通って、固形物出口弁１０７が開いている間、導入される。
【００８８】
洗浄通路１０８と洗浄口１１１は、ピストン１０２内に部分的に配置された洗浄通路と共に、固形物分岐ピストン１０２の最も下側端を越えて延びている。洗浄通路１０８はまた、ピストン１０２の固形物通路１０４と共に、その最も上端で繋がっている。その繋がりは洗浄口１１１で導入される流体を洗浄通路１０８を通って固形物通路１０４へ通過させる。流体は固形物通路１０４内に残っている固形物を、固形物出口弁１０７が開いているとき、固形物出口１０６の方へ押し出す。上記のように、固形物出口弁１０７が閉じているとき、洗浄通路１０８と洗浄口１１１はピストン１２を中心軸方向を上向きに操作しそして次の操作の供給サイクルのため最も上端位置に実質的にピストン１２を戻す。
【００８９】
図示したように、固形物通路１０４は、固形物通路１０４内に残っている固形物を固形物出口弁１０７を通過することにより分離機を出るように、固形物出口１０６と繋がっている。固形物出口１０６は、例えば、操作者による更なる取扱なしに他の工程あるいは貯蔵容器に回収した固形物を通過する。洗浄通路１０８と洗浄口１１１はまた固形物通路１０４、固形物出口１０６および弁１０７を清浄化しあるいは消毒するために利用する。その場所における清浄化あるいはその場所における消毒工程は次の操作のサイクルための遠心分離機準備にとって便利である。このような工程はまた固形物の収率を向上し汚染の可能性あるいは機会を減らす。
【００９０】
図１０は、供給操作モードの間、開いた位置のピストン内の隔離弁２６と共に分離機の上側部分１９のより詳細を図示する。供給モードにおいて、上記のように、ピストン１２は供給液体からの流体圧力、同様にボウル１０の内側壁に隣接するピストンシール間の摩擦力によって最も上部の位置に保たれる。図示するように、隔離弁２６は縦の中心軸４１に沿ってそれぞれ上方向あるいは下方向の動きによって開いたりあるいは閉じたりする。隔離弁２６は弁２６の周囲に配置する環状部材９の下側表面に対して働く圧縮ガスあるいは加圧液体によって上方向になる。圧縮ガスあるいは加圧液体は下側口４を通って環状部材９の下側表面に供給される。
【００９１】
図１０はまた濃縮物弁３４のための付加的シール１４０とピストン１２のためのシール１４５を示す。望ましくは、シール１４５はピストン１２と分離機ボウル１０の内部表面の間の流れから清浄化液体を防ぐ。上記のように、シール１４０は、固形物排出モードにあるピストン１２の下方向の動きの間、固形物が濃縮物ケース３０に入ることを防ぐため使用する。シール１４５はピストン１２の上方のボウル１０を、固形物排出モードの間、流体圧力によってピストンが効果的に下方へ向かうように圧力をかけ維持する。本発明はまたいずれの本発明の一つの実施態様においてもまた利用できる追加的シールを考慮している。
【００９２】
図１０はピストン１２とボウル１０が著しい機械的摩耗なしに自由に回転するようにフランジ５１から離れた隔離弁２６をまた示す。開いた位置にある隔離弁で、濃縮物７０は濃縮物排出開口７４を通過することにより濃縮物ケース３０に入る。濃縮物出口３２と供給モードで開に位置に保持されている濃縮物出口弁３３を通った後、濃縮物７０はついに分離機を出る。濃縮物出口弁３３は手動あるいは自動弁制御により開かれる。
【００９３】
図１１は固形物排出操作モードの間、分離機の上側部部分１９をより詳細に示している。図示するように、隔離弁２６は縦方向の中心軸に沿って、それぞれ、上方向あるいは下方向に動くことによって開いたり閉じたりする。隔離弁２６は弁２６の周囲に配置された環状部材９の上側表面に対して、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体によって下方に向けられる。流体は上側口６１を通って環状部材９の上側表面に供給される。固形物排出モードに先立って、環状部材９の下側表面に供給された流体は、隔離弁２６を開いて保持され、望ましくは、繋がれなくされる。ボウル１０およびピストン１２は隔離弁２６がフランジ５１に対して静置され、最早、また回転しない。
【００９４】
フランジ５１に接触している隔離弁２６と、上記したように、閉じた濃縮物出口弁３３と一緒に、濃縮物ケース３０とピストン１２の上側部分の上方のボウル１０の部分は加圧される。濃縮物ケース３０とピストン１２の上側部分の上方のボウル１０の部分の加圧は、例えば、圧縮ガスあるいは加圧液体のような流体が駆動口２で分離機に導入されて、起こる。流体は弁２６とフランジ５１の間のガス漏れのない一致により濃縮物ケースあるいはボウル１０に入らない。例えば、ＰＴＦＥあるいはＴＥＦＬＯＮをベースとする弾力性のある材料（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ、１００７  Ｍａｒｋｅｔ  Ｓｔｒｅｅｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ  １９８９８）のような組成物から作られたシールはフランジ５１と弁２６の境界面をシールするため弁２６にまた配置される。例えば、一つの実施態様で、弁２６と組み合わさったシールは分離機函内に清浄化液体が入ることを防止する。
【００９５】
濃縮物ケース３０とピストン１２の上方のボウル１０の部分は加圧しているので、隔離弁２６はフランジ５１に対して閉じて保持される。濃縮物ケース３０とピストン１２の上側部分の上方のボウル１０の部分の加圧はピストン１２の下側円錐型分の下よりもピストン１２上により大きい圧力でついに供給される。差圧は、流体がピストンの上側部分に接触しているので、縦方向の中心軸に沿ってピストン１２を下方向に向ける。ストン１２の下方向の動きは、上記および図７に示したように、ボウル１０の円錐型下端１７の開口７６を通ってボウルの内側壁に沿って集まった固形物を押し出す。
【００９６】
次の表は上記の本発明の種々の実施態様の操作のモードを全て特徴づけ記載して提供する。表１は一つの例であるが、図１の分離機の操作の供給及び固形物排出モードの間の、隔離弁２６、濃縮物弁３４、濃縮物出口弁３３、固形物出口弁１０７、固形物分岐弁９０および残留物分岐弁９２の位置および環境状況を示している。表１はまた、一つの例であるが、濃縮物がボウルから排水し、ピストンが固形物排出に続く最も上端の位置に実質的に戻ったときおよび図１の分離機が清浄化されあるいはその場で消毒されるときの図１の分離機の各弁の位置及び環境状況を提供する。弁２６、３４、３３、１０７、９０、９２はそれぞれ図１に図示する分離機に示される。表１はどのような方法であれ、本発明の開示あるいは特別な実施態様を制約する意図はない。
【００９７】
【表１】
2009518161.tif 000003
【００９８】
［ＡＰＤ遠心分離機とクロスフローマイクロ濾過を組み合わせたシステム］
単独でシステムを操作するとき、クロスフローマイクロフィルターは、保留物(ｒｅｔｅｎｔａｔｅ)中の固形物濃度がフィルター膜が汚れるほど高くなりそして濾過物の流れが減少するまで、連続的に保留物中の固形物を濃縮する。ＡＰＤ遠心分離機を付加すると、固形物は保留物流から高い濃縮状態で連続的に除去され、保留物の固形物濃度は濾過物の流れが減らないよう十分低く維持される。
【００９９】
マイクロ濾過とＡＰＤ遠心分離を組み合わせたシステムの実施態様の図式を図１２に示す。固形物を含む懸濁液２０７はタンク２０２に供給され、それからマイクロ孔性膜フィルターへポンプ２０３で送られる。保留物流中の固形物濃度は保留物ポンプ２０３を制御するために使用する濁度計または濃度計２０４を用いて計測することにより制御することができ、あるいは濾過液出口圧２０５または流量から減すことができる。例えば、保留物２３６をマイクロフィルター２０１に戻すか、あるいはＡＰＤ遠心分離機へ供給２３０として弁２３５により保留物を分岐するかを決定するため、この情報が使用される。この情報はまた実用的な置換型可変速ポンプ２３４を通過する供給速度を制御するためにも使用され、その結果制御された固形物の除去ができる。濁度計あるいは濃度計２２０はＡＰＤボウルが固形物で一杯になり、そして固形物の排出１０４が必要な信号を送るときを指示するためＡＰＤ遠心分離機２１０の濃縮物出口にも設置される。濃縮物の濁度あるいは濃度は濃縮物ポンプ２２２の制御にも使用され、そして濃縮物を弁２２３により保留物タンク２０２へ戻す２２４か濃縮物をシステムから排出する２２８かを決定するため使用される。
【０１００】
ＡＰＤ遠心分離とクロスフローマイクロ濾過を組み合わせたシステムを用いるいくつかの利点がある。マイクロフィルターは保留物ライン中の固形物の濃度超過がないので最適の状態で操作される。低い固形物の汚れであり、フィルターを横切る流速は比較的一定に保たれる。ＡＰＤ遠心分離機はマイクロ濾過を使用しないときよりも、供給流がさらに濃縮されているので、小型の寸法にできる。ＡＰＤ遠心分離機はマイクロ濾過の間、固形物除去のため使用できる他の装置よりもより乾燥した固形物排出を排出する。このように両方の装置は最適に運転され、資本費は減額される。ＡＰＤによる連続的固形物の除去は組み合わせシステムの連続的操作をもたらす。固形物の付着は保留物中の低い固形分濃度のため保留物流に起きない。最終的に、保留物／供給タンクは固形物除去のためのＡＰＤ遠心分離機なしに操作されるマイクロ濾過システムより１０倍ほど小さくなる。
【０１０１】
マイクロ濾過と組み合わせ利用のためのＡＰＤ遠心分離機は、好ましくは、申請中のＵＳ特許申請Ｎｏ．１１／２１８，２８０、２００５年９月１日提出、遠心分離機のためのガス駆動固形物排出およびポンピングピストン（ＧＡＳ  ＤＲＩＶＥＮ  ＳＯＬＩＤＳ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  ＡＮＤ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＰＩＳＴＯＮ  ＦＯＲ  Ａ  ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ  ＳＥＰＡＲＡＴＯＲ）の標題で記載された形である。次の特許及び申請中の特許に記載するシステムを含み、他の遠心分離機システムがまた採用される：ＵＳ特許Ｎｏ．６，６３２，１６６、標題が固形物の自動除去のための軸中心自動掻き出し組立体を持つ遠心分離機（ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＡＸＩＡＬＬＹ  ＭＯＶＡＢＬＥ  ＳＣＲＡＰＩＮＧ  ＡＳＳＥＭＢＬＹ  ＦＯＲ  ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ  ＲＥＭＯＶＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤＳ）；ＵＳ特許Ｎｏ．６，７７６，７５２、標題が掻き出し機あるいはピストンを用いた固形物排出を伴う液体および固形物の分離のための自動チューブ−ボウル遠心分離機（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ  ＴＵＢＥ−ＢＯＷＬ  ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＥ  ＦＯＲ  ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ  ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＬＩＱＵＩＤＳ  ＡＮＤ  ＳＯＬＩＤＳ  ＷＩＴＨ  ＳＯＬＩＤＳ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＳＣＲＡＰＥＲ  ＯＲ  ＰＩＳＴＯＮ）；ＵＳ特許申請Ｎｏ．１０／８７４，１５０、標題がピストンあるいは掻き出し機を用いた固形物排出を伴う液体および固形物の分離のための遠心分離機（ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＥ  ＦＯＲ  ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＬＩＱＵＩＤＳ  ＡＮＤ  ＳＯＬＩＤＳ  ＷＩＴＨ  ＳＯＬＩＤＳ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＰＩＳＴＯＮ  ＯＲ  ＳＣＲＡＰＥＲ）；ＵＳ特許申請Ｎｏ．１０／８２３，８４４、標題が円錐型ピストン固形物排出遠心分離機（ＣＯＮＩＣＡＬ  ＰＩＳＴＯＮ  ＳＯＬＩＤＳ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ  ＳＥＰＡＲＡＴＯＲ）及びＵＳ特許申請Ｎｏ．１０／９７３，９４９、標題が円錐型ピストン固形物排出およびポンピング遠心分離機（ＣＯＮＩＣＡＬ  ＰＩＳＴＯＮ  ＳＯＬＩＤＳ  ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ  ＡＮＤ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＣＥＮＴＲＩＦＵＧＡＬ  ＳＥＰＡＲＡＴＯＲ）。前述の全が参照としてここに組み入れる。
【０１０２】
ＵＳ特許申請Ｎｏ．１１／２１８，２８０において、円筒型の遠心分離機が一部品のガス推進ピストンを持つことを示している。ピストンの頭は供給液体導入および遠心分離の間、円筒の上部端に位置している。分離及びボウルの回転が停止した後、ガス圧力がボウルを通ってピストンの頭を下へ移動するために使用され、集まった固形物を押しそしてボウルから押し出す。
【０１０３】
ＡＰＤ遠心分離とマイクロ濾過のためのシステムは一つの函（ｈｏｕｓｉｎｇ）に組み込まれている。例えば、マイクロフィルターはピストンの押し出しがマイクロ濾過膜の存在に適合するようにＡＰＤ遠心分離機の中に組み込まれている。この実施態様において、ＵＳ特許申請Ｎｏ．１１／２１８，２８０の単一ピストンは円周状の外側ピストンおよび内側ピストンと置き換えられる。図１３はマイクロフィルターと合体したＡＰＤ遠心分離機の実施態様を図示している。装置は固形物排出サイクルの開始を示している。円筒型ボウル１０は駆動モータ１６が停止のためブレーキがかかるため遅くなる。固形物７０はボウルの内側表面に集まる。供給口９６が閉じて残留物液体１３２が残留物液体口１００を通ってボウルから排水される。円筒型マイクロ孔質膜１８０はボウル内に位置する。膜内には円筒型ゴム製ダイアフラム１９０がある。外側ピストン１２ａは外側固形物排出ピストンにまた参照されるように円筒型で下向き内向きに傾斜する面を持っている。内側ピストン１２ｂは円筒型ボウルの左右対称の中心軸に沿って延びている中空のシャフト１２ｃの端に配置されている。内側ピストンは円筒型部分と実質的に円錐型の部分で構成される合体構造である。内側ピストンは下向きに中心を絞る凹型の凹の部分を持っている。
【０１０４】
内側ピストンシャフトの上側端に、外向きに放射する円形のフランジはフランジの丁度下に、シャフトの上側端の周囲に配置されたバネとの対応に適した下側表面を持っている。シャフトの上側端はまたシャフトの周囲に配置された円形のシールを持つ上向きに突き出ている円筒型部材を備えている。上向きに突き出ている円形の部材はシャフトの中空内部と繋がっている中空内部を持っている。シャフトは下記で議論するように、制限された縦方向の移動に適している。
【０１０５】
縦のシャフトの上方に縦方向に移動する圧力カップリングがあり、選択的に片方に寸法が合い、シャフトの上向きに突き出ている円形の部材と流体漏れがない関係にある。カップリングに形成された水路が円筒型部材と水路と一致すると、カップリングはシャフトに対して下向きに駆動される。カップリングの上側端にある口は加圧ガス源と接続している。カップリング上にある円周のフランジはシステムの函内に配置され、函内ではカップリングフランジの上あるいは下への加圧ガスの導入がカップリングをそれぞれ下向きあるいは上向きに駆動する。
【０１０６】
カップリングの下側部分の周囲に内側ピストン推進機が用意される。カップリングと同様に、推進機は円周のフランジが用意され、それぞれの函内に配置され、推進機は推進機フランジの上あるいは下の加圧ガスの導入のための口を持ち、それにより推進機をそれぞれ下方向あるいは上方向に移動する。下方に駆動されるとき、推進機はシャフトの上側端を押し、内側ピストンを下方向にそして最終的に円筒型ボウルの下側端まで駆動し、推進機はまた低い剪断円錐型供給加速機として適用される。シャフトの上側端に位置するバネの下側端は
ボウルの函の肩の部分を押しつけ、それにより上側位置にあるシャフトに偏重をかける。内側ピストンの下側の面と円錐型供給加速機は適合する型を持っており、その間にある固形物は内側ピストンが下方へ駆動されたとき下側出口から絞り出される。
【０１０７】
円筒型ボウル内にシャフトに隣接して管状のゴム製ダイアフラム１９０がある。ダイアフラムの上側および下側端はボウルに固定される。シャフト内に形成された口はカップリング内の口で導入される加圧ガスでダイアフラムを膨脹させる、このことは引き続き議論する。
【０１０８】
円筒型マイクロ濾過膜１８０は、例えば、セラミックあるいは焼結金属で形成され、ゴム製ダイアフラムの周囲に配置され、円筒型ボウルの上側および下側端に固定される。円筒型内部空気の隙間（ｇａｐ）が、ダイアフラムが加圧ガスによって膨脹しないとき、膜とダイアフラムの間に存在する。
【０１０９】
円筒型外部空気の隙間が膜の外側表面と円筒型ボウルの内側表面間に形成される。外側ピストンが引き続きの固形物堆積物を移動するのはこの外側空気の隙間内にある。外側空気の隙間の底を明確にする円筒型ボウルの下側端は外側ピストンの内向きで斜めの下側表面と同じ型をしていて、外側ピストンが下方に駆動されると、内側空気の隙間に集まった固形物を完全に押し出す、以下に議論する。
【０１１０】
分離の後ボウルから残留物液を排水するための複数の水路が内側と外側空気の隙間の間、膜の下側と内側ピストンの上側に形成され、残留物液体を分離後ボウルから排水する。同様に、複数の水路が外側空気の隙間と低い剪断円錐供給加速機の上方の区域（ａｒｅａ）の間に形成され、供給液体の導入の間外側空気の隙間に液体を通し、分離の後残留物液体を排水し、外側ピストンにより固形物をボウルから押し出し、そして外側ピストンをその上側の位置に駆動するためボウルの下側端に加圧ガスを導入する。
【０１１１】
円筒型ボウルの上側端は２組の円形に配列された水路を備えている。水路の最も外側の組に近くそして半径に外向きに濃縮物ケース隔離弁がある。この弁は、開閉の位置の間、濃縮物弁を駆動するための差圧を生じるいずれかの側に円周状のフランジを持っている。この文脈では、開いているは濃縮物あるいは円筒型ボウルの上方の清浄化液体ケースおよび函と円筒型ボウルの外側表面との間の空気の隙間の間に障壁がないことを意味している。閉じた位置では、濃縮物弁はこれらの領域間のガス漏れのない障壁を作る。ボウルの回転の間、濃縮物弁は弁とボウルの間の妨害を避けるため開いた位置に保持される。開いた位置と閉じた位置の間の移動は函の外部に形成される隔離弁ピストン制御口から加圧ガスを選択的に導入することによって達成される。
【０１１２】
水路は濃縮物ケース隔離弁それ自身を通してまた形成される。ボウルの方位に応じて、これらの水路の少なくとも一つは函の外部表面に形成される固形物排出ピストンガス供給口と一列になる。濃縮物ケース隔離弁が閉じられるとき、固形物排出ピストンガス供給口に供給された加圧ガスは、外側ピストンを下方へ力をかけるため、濃縮物ケース隔離弁水路とボウルの上側端の最も外側の水路を通過する。
【０１１３】
ボウルの上側端内に形成される最も内側の水路の組は、清浄化液体あるいは濃縮物ケースと共に、管状ゴム製ダイアフラムとマイクロ濾過膜の間の内側空気の隙間と接続する。下記で議論するように、最初の分離の間、これらの最も内側の水路は清浄化液体を円筒型ボウルの濃縮物ケース内にそして濃縮物口より出す工程に入れたり終了したりする。
【０１１４】
円筒型ボウルの下側端に固形物弁９１が準備される。固形物弁は、円筒型ボウルの回転中心軸に直交する回転中心軸の周囲の弁の方位に応じて開いたり閉じたりの位置になる。図１３−１４および１７は閉じた位置にある固形物弁を図示し、一方、図１５−１６は開いた位置に回転中心軸の周囲を９０°回転した（観察者から見て）固形物弁を図示する。固形物弁推進機９５および関連動作はこの弁の位置を制御する。推進機はガス圧力あるいは水圧力である。
【０１１５】
ボウル下側の広がりと機械的な連結をする固形物弁ピストンを選択的に位置決めするピストン引き戻し推進機５２を持つピストンが固形物弁内に配置される。円周に配置されたフランジはピストンの位置を制御するためフランジの反対側にガスの圧力差を与える。固形物弁に形成される２つの空気口はこれらの圧力差を形成する。固形物弁に対して円筒型ボウル函の下側端をシールため、円形で膨脹する固形物弁シール９３が用意される。函の外部に形成される口は選択的膨脹用のこのシールのため加圧ガス源１９５を接続する。
【０１１６】
また供給液体水路が固形物弁内に形成される。この水路は固形物弁の外側に口１５５を持ちそして固形物弁ピストンの下側の広がりの下で終わる。ピストンの中空の内部と内側固形物排出ピストンの円錐型下側の広がりは、図１４の１８４に示されるように、半径Ｒ１の供給入口プール形成をする型である。
【０１１７】
固形物弁内のピストン推進機制御パス（ｐａｔｈｓ）と供給液体水路の反対側に排水した液体を廃棄するかシステムに循環あるいは回収するため接続される残留物液体排水（図１３の１００として示される）がある。
【０１１８】
図１４は供給モードの図１３の実施態様を図示している。内側ピストン１２ｂはバネの偏重によりその上側位置に保持される。外側ピストン１２ａは摩擦と分離のため導入される供給液体によって加えられる圧力を介してその上側位置に保持される。濃縮物ケース隔離ピストン１９４はその開いた位置に上昇しそして濃縮物７３は重力により流れ出る。固形物弁は閉じてそして固形物弁シールは膨脹する。固形物弁内で、ピストン引き戻し推進機５２はボウルの下側広がりから下方向に駆動される。モータ１６は高速で駆動され、それでボウル１０の速い回転となる。
【０１１９】
固形物弁９１を通って供給される供給液体１５５は固形物弁ピストンを出るのでジェット１５４を形成する。ジェットは内側の円錐型下側表面に衝突しそして低い剪断供給加速機の円錐型表面１７に対して半径Ｒ１の入口プールを形成する。それから供給液体は外側空気の隙間へ水路を通過する。固形物７０はボウルの内側壁に対して集まる。濾過した濃縮物１８２は膜およびボウル内側の直径方向に通過する。空気あるいは水圧力１９５はピストン引き戻し推進機５２を下方に保ちそして膨脹した固形物弁シール９３を保つ。
【０１２０】
管状ゴム製ダイアフラム１９０が遠心作動により外方向に力がかかる一方、濾過した濃縮物１８２は、濃縮物出口半径Ｒ２  １８５が供給プールの半径Ｒ１  １８４より大きいため膜から離れるように濃縮物を押す。
【０１２１】
供給モードに引き続いて、排水モードが開始される。ここで、ボウルの回転は停止し残留物液体は内側および内側空気の隙間から、ボウル下側の広がりを通り、シールされた固形物弁の上方の場所（ａｒｅａ）内に、そして残留物液体排水口を通って排水される。供給液体圧力は残留物液体が固形物弁ピストンと供給液体パスを通過しないように望ましくは維持される。集まった固形物はボウルの外側壁に残る。
【０１２２】
排出モードは図１５および１６に示される。図１５の空気あるいは水圧力は内側ピストンシャフトの上の円筒型部材とガス漏れのない連結で、縦方向に移動可能な圧力カップリングを下に駆動するために使用される。加圧ガス１９５はまた濃縮物ケース隔離弁を閉じるため使用される。固形物排出弁シール９３はガス抜きされ、固形物排出弁ピストンは引き戻され、そして固形物排出弁自身は開いた位置に回転する。圧力カップリングにかかる加圧ガスはシャフト内およびゴム製ダイアフラムとシャフトの間の内側空気の隙間を加圧し、ダイアフラム１９０が膜の内側表面と接触するように力をかける。かくしてこれは膜をシールしそして固形物が外側ピストン１２ａにより掻き出されるため固形物が膜内に浸入することを防ぐ。後者は加圧ガスが函表面の外側固形物ピストン圧力供給口に導入されるため起こる。ガスは隔離弁水路を通り、円筒型ボウルの上側端に形成される最も外側の組の水路を通り、そして外側ピストンの上方の外側空気の隙間に流れる。この圧力は外側ピストンを下方に駆動し、集めた固形物が膜外側表面と円筒型ボウルの内側表面から掻き落され、外側空気の隙間と内側ピストンの下の場所に繋がる水路を通し、そしてボウルの開口を通して絞り出される７１。
【０１２３】
図１６において、外側ピストン１２ａの下の全ての固形物はボウルの外か、あるいは内部ピストンの下の場所に力をかけられる。外側空気の隙間と内側ピストンの間の水路の直径は廃棄物を最小にするため最小にする。ガス圧力１９５は縦方向の移動可能な圧力カップリング内の内側ピストン推進機を駆動するため使用される。このガス圧力はバネの偏重と内側ピストンの下の場所に集めた固形物の抵抗に打ち勝つ。内側ピストンは下方に駆動されるので、残っている固形物はボウルから駆動される。内側ピストンの下側の広がりに形成される凹型の領域の円周は残っている固形物７１をボウルの開口から切り出すことができる寸法である。
【０１２４】
図１７に示すように、固形物分岐弁９１は閉じられ、固形物弁シール９３は膨脹し、そして固形物排出弁ピストン９３は固形物排出の後上昇される。ガス圧力１９５は内側ピストン推進機をその上側位置に戻すために使用され、それにより内側ピストン１２ａを引き戻す。ガス圧力はまた固形物分岐弁内の供給口に供給される。これはまた内側ピストンを上方に力をかけ、同様に外側ピストン１２ａを上方に力をかける。ガス圧力１９５は圧力カップリングに膜の内側表面に対して膨脹したゴム製ダイアフラムを保持するため供給され続ける。
【０１２５】
図１８、１９および２０に示すように、膜の汚れは、供給液体が供給液体出口の方へのパス（すなわち、円筒型ボウル上側端内の最も内側の組の水路）の膜の孔１８３を通って移動するため生じる。汚れは供給液体により膜の外側表面に運ばれる固形物に起因し、膜上に粒子状物１８１あるいは全部か薄い堆積物７０ａを形成する。高い回転速度により、粒子状物および薄い堆積物は遠心作用により膜の外側表面から離れるよう力をかけられやがて十分な質量となる。
【０１２６】
種々な弾力性があり反応性のないシールが特徴として示され、そしてここでは詳細に議論されない。半円のベアリングおよびベアリング函と関連する利益は関連特許申請で議論される。材料はＵＳ特許申請Ｎｏ．１１／２１８，２８０において記述されるようにシステムに利用されることが望ましい。マイクロ濾過膜は焼結金属あるいはセラミックが望ましくは提供される。
【０１２７】
本発明が望ましい実施態様と連携して記述されてきたが、通常のその分野の技術の人は、次の仕様を読んだ後、ここに発表した構成体、部品、方法、装置に対する種々の変更、同等品の代替および他の交換に影響を与えることができる。例えば、流体圧力は、制約なしに、電気機械的力により他の実施態様に置き換えられる。同様に、円錐型が優れていることは固形物の回収には望ましいけれども、ピストンおよびボウルの下側部分は、それぞれの型において円錐型でなくともよい。
【０１２８】
さらに本発明は種々の通路、弁、ピストン、推進機、組立体、口、部材およびここに記述した同様のものが遠心分離機の操作のために適している構造あるいは配置であることまた熟慮している。上述した実施態様はまた全ての他の実施態様のいずれかの変形を含んでいるかあるいは関連している。例えば、ここに記述したレーザー検出組立体は本発明のいずれかあるいは全ての実施態様と結びつけてまた利用できる。それ故、ここでの文書特許により保証された保護は付属の特許出願項およびそれと同等の事柄に含まれる定義によってのみ規制されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明に一致する遠心分離機実施態様の断面図である。
【図２】本発明に一致する遠心分離機実施態様の断面図である。
【図３】レーザー検知器を特徴とする図２の分離機の断面図である。
【図４】供給操作モードを図示する図１の分離機の断面図である。
【図５】供給操作モードを図示する図１の分離機のピストン及びボウルを含む詳細断面図である。
【図６】残留物液体がボウルから排水するときの操作を図示する図１の分離機の断面図である。
【図７】固形物排出モードにおける操作を図示する図１の分離機の断面図である。
【図８】ピストンが最上部の位置に実質的に戻ったときの固形物排出モード後の操作を図示する図１の断面図である。
【図９】固形物通路が清浄化されたときの図１の分離機の下側端領域の詳細断面図である。
【図１０】供給モードの図１の分離機の上側部分の詳細断面図である。
【図１１】固形物排出モードの図１の分離機の上側部分の詳細断面図である。
【図１２】本発明に従うマイクロ濾過と遠心分離法を組み合わせたシステムの実施態様を図示する。
【図１３】本発明に従う遠心分離機の実施態様の断面図である。この実施態様はマイクロ濾過膜及びダイアフラムと同様に円周の外側ピストンおよび内側ピストン持っている。
【図１４】供給モードにおける図１３の遠心分離機の実施態様の断面図である。
【図１５】排出モードにおける図１３の遠心分離機の実施態様の断面図である。
【図１６】排出モードにおける図１３の遠心分離機の実施態様の断面図である。
【図１７】引き込みモードにおける図１３の遠心分離機の実施態様の断面図である。
【図１８】図１３の遠心分離機の実施態様の断面図を示しておりそしてマイクロ濾過膜を横切る固形物の通路を図示している。
【図１９】図１３の遠心分離機の実施態様の断面図を示しておりそしてマイクロ濾過膜を横切る固形物の通路を図示している。
【図２０】図１３の遠心分離機の実施態様の断面図を示しておりそしてマイクロ濾過膜を横切る固形物の通路を図示している。
【符号の説明】
【０１３０】
１    半球状部分
２    駆動口
４    下側口
５    駆動ベルト
６    軸
９    環状部材
１０    ボウル
１１    中央領域
１２、１０２    ピストン
１２ａ    外側ピストン
１２ｂ    内側ピストン
１２ｃ    中空のシャフト
１３    分離函    遠心機函１３
１６    駆動モータ
１７    円錐型下側端
１８    駆動プーリー
１９    分離機の上側部分
２０    スピンドル部
２１    防止リング
２２    カラー（ｃｏｌｌａｒ）状延長体
２３    スピンドル組立体
２４、２５    シート
２６    隔離弁
２９    反回転ピン
３０    濃縮物ケース
３２    濃縮物出口
３３    濃縮物出口弁
３４    濃縮物弁
３９    下側端
４０    ボール型弁組立体
４１    中心縦軸
４２    排出弁
４３、５１    フランジ
４４    供給液体通路
４５    供給液体口
４６    残留物液体排水通路
４７    残留液体排水口
４８    弁シール
４９    弁駆動機
５０    主通路
５２    駆動機
５４    駆動機制御口
５６    ピストンシール
５７    環状駆動機フランジ
５８    流体口
５９    環状ピストンシール
６０    ハブ
６１    上側口
６２    ナイフ状刃
６４    通路
６６    スプリング
６７    ピン
７０    固形物
７２    清浄化液体
７３    濃縮物
７４    排出孔
７６    開口
９０    固形物分岐弁
９１    固形物弁
９２    残留物分岐弁
９３    固形物弁シール
９４    供給液通路
９６    供給液口
９８    残留物液体排水通路
１００    残留物排水口
１０４    固形物通路
１０６    固形物出口
１０７    固形物出口弁
１０８    清浄化通路
１１０    環状フランジ
１１１    清浄化口
１１２    組立体
１１３    制御口
１１４    留物分岐弁推進機
１２０    弁受け部材
１２４    パルスレーザー光
１２９    下降流パス
１３０    外部境界
１３２    残留物液体
１４０、１４５    シール
１５４    噴射口
１５５    供給液体
１８０    円筒型マイクロ濾過膜、円筒型マイクロ孔質膜
１８２    濃縮物
１８３    膜の孔
１８４    供給プールの半径Ｒ１
１８５    濃縮物出口半径Ｒ２
１９０    ダイアフラム
１９４    濃縮物ケース隔離ピストン
１９５    加圧ガス
２０１    マイクロフィルター
２０２    タンク
２０３    ポンプ
２０４、２２０    濃度計
２０５    濾過液出口圧
２０７    懸濁液
２１０    遠心分離機
２２２    濃縮物ポンプ
２２３、２３５    弁
２３０    供給
２３４    置換型可変速ポンプ
【図１】
2009518161.tif 000004
【図２】
2009518161.tif 000005
【図３】
2009518161.tif 000006
【図４】
2009518161.tif 000007
【図５】
2009518161.tif 000008
【図６】
2009518161.tif 000009
【図７】
2009518161.tif 000010
【図８】
2009518161.tif 000011
【図９】
2009518161.tif 000012
【図１０】
2009518161.tif 000013
【図１１】
2009518161.tif 000014
【図１２】
2009518161.tif 000015
【図１３】
2009518161.tif 000016
【図１４】
2009518161.tif 000017
【図１５】
2009518161.tif 000018
【図１６】
2009518161.tif 000019
【図１７】
2009518161.tif 000020
【図１８】
2009518161.tif 000021
【図１９】
2009518161.tif 000022
【図２０】
2009518161.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月3日(2008.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動ピストン排出遠心分離機であって次からなる、
供給液体から固形物を分離するために高速度で回転する供給操作モードの間操作されるボウルで、そこでボウルの内側表面に沿って固形物が集まり、開口のある下側端を持つ遠心分離機用の円筒型ボウル；
ボウルの内側表面に対して設置された可動の円筒型外側ピストン、およびボウルの中心軸に沿って延びたシャフトの端に設置された内側ピストンで、本質的に円筒型部分と本質的に円錐型部分を持つ内側ピストンからなる固形物排出組立体；
マイクロフィルターはマイクロフィルターの外側表面とボウルの内側表面間の外側隙間に固形物を保持し、マイクロフィルターはマイクロフィルターの内側表面に隣接する内側隙間を通して濾過した濃縮物がボウルを出るようにし、マイクロフィルターの外側直径は外側ピストンの内径よりも小さく、ボウルの中心軸の周囲に設置された円筒型マイクロフィルター；
ボウルの中心軸の周囲に設置され内部隙間に隣接する円筒型ダイアフラム；および
ボウルの下側端にある固形物排出弁。
【請求項２】
マイクロフィルターがセラミックあるいは焼結金属からなる請求項１の遠心分離機。
【請求項３】
固形物排出操作モードの間、加圧ガスあるいは流体が外側および内側ピストンをボウルに関して中心軸を下方向へ独立して動かす請求項１の遠心分離機。
【請求項４】
最初に外側ピストンが下方向へ動きそしてそれから内側ピストンが下方向に動く請求項３の遠心分離機。
【請求項５】
外側ピストンの下方向への動きの間、加圧ガスあるいは液体がダイアフラムの内側に導入され、ダイアフラムが内側隙間を閉じそしてマイクロフィルターの内側表面をシールする請求項３の遠心分離機。
【請求項６】
ボウルが円錐型底部分からなる請求項１の遠心分離機。
【請求項７】
内側ピストンの下側面がボウルの円錐状底部分を補角する円錐状の型を持つ請求項６の遠心分離機。
【請求項８】
外側及び内側のピストンが上側部分に偏重をかけられたバネである請求項１の遠心分離機。
【請求項９】
加圧ガスあるいは液体を導入するための一つあるいはそれ以上の取付け口からさらになる請求項１の遠心分離機。
【請求項１０】
固形物排出弁がボウルの回転の中心軸に直交する中心軸で回転することにより開いた位置および閉じた位置の間を切り替わる請求項１の遠心分離機。
【請求項１１】
固形物排出弁がボウル中に供給液体を導入するための通路からなる請求項１の遠心分離機。
【請求項１２】
固形物排出弁が供給固形物および液体の分離後ボウルから残留物液体を排水するための通路からなる請求項１の遠心分離機。
【請求項１３】
開いたおよび閉じた位置を持つ濃縮物弁で濃縮物弁が閉じた位置にある時、ガス密封シールが濃縮物およびボウルの外側表面とボウルを取り囲む函間の空気の隙間との間に形成されることからなる請求項１の遠心分離機。
【請求項１４】
固形物排出弁とボウルを取り囲む函間の固形物弁シールで、シールが加圧ガスあるいは液体で膨脹することからさらになる請求項１の遠心分離機。
【請求項１５】
マイクロ濾過及び遠心分離の組み合わせにより固形物を含む懸濁液から固形物成分を回収する方法であって、前記方法は次のステップからなる：
自動ピストン排出遠心分離機を準備する、
遠心分離機は次からなる、
供給液体から固形物を分離するために高速度で回転する供給操作モードの間操作されるボウルで、そこでボウルの内側表面に沿って固形物が集まり、開口のある下側端を持つ遠心分離機用の円筒型ボウル；
ボウルの内側表面に対して設置された可動の円筒型外側ピストン、およびボウルの中心軸に沿って延びたシャフトの端に設置された内側ピストンで、本質的に円筒型部分と本質的に円錐型部分を持つ内側ピストンからなる固形物排出組立体；
マイクロフィルターはマイクロフィルターの外側表面とボウルの内側表面間の外側隙間に固形物を保持し、マイクロフィルターはマイクロフィルターの内側表面に隣接する内側隙間を通して濾過した濃縮物がボウルを出るようにし、マイクロフィルターの外側直径は外側ピストンの内径よりも小さく、ボウルの中心軸の周囲に設置された円筒型マイクロフィルター；
ボウルの中心軸の周囲に設置され内部隙間に隣接する円筒型ダイアフラム；および
ボウルの下側端にある固形物排出弁；
ボウルの高速回転の間ボウルに固形物を含む懸濁液を導入する；
ボウルの回転を停止する；
固形物排出弁を開く；
マイクロフィルターの内側表面に対してダイアフラムを加圧する；および
まず外側ピストンをそれから内部ピストンを下降させることにより、ボウルの内側表面からボウルの開口を通して、集めた固形物を排出する。
【国際調査報告】
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