特許 7486879 ポンプにおける改善およびポンプに関係する改善

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-10

(45)【発行日】2024-05-20

(54)【発明の名称】ポンプにおける改善およびポンプに関係する改善

(51)【国際特許分類】

   F04B 1/047 20200101AFI20240513BHJP

【ＦＩ】

F04B1/047

【請求項の数】 18

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022179748

(22)【出願日】2022-11-09

(62)【分割の表示】P 2020513730の分割

【原出願日】2018-09-06

(65)【公開番号】P2023001305

(43)【公開日】2023-01-04

【審査請求日】2022-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】597064713

【氏名又は名称】サイティバ・スウェーデン・アクチボラグ

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(74)【代理人】

【識別番号】100207158

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 研二

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・トールビョルン・ルンディーン

(72)【発明者】

【氏名】クラス・マルテルール

(72)【発明者】

【氏名】マッツ・ルンドクヴィスト

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・マルクストローム

(72)【発明者】

【氏名】デイヴィッド・グロノウィッツ

【審査官】丹治 和幸

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０２４６１１２１（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭４８－０５２１０１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－３３６９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０１６４７３０９（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１５２７０５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ １／００－ ７／０６

Ｆ０４Ｂ ２５／００－３７／００

Ｆ０４Ｂ ４１／００－４１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオプロセスシステムに使用される、下側に入り口、かつ、上側に出口を備える多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）であって、複数のポンプキャビティ（１２２、２２２）を備えるポンプ本体部（１２０、２２０）を具備し、前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）それぞれは一方向弁の少なくとも１つの連動する対を備え、前記少なくとも１つの連動する対は、下方の入口弁（１２８、２２８）と上方の出口弁（１３１、２３１）とを備え、それぞれの入口弁（１２８、２２８）は共通入口（１２４、２２４）と流体的に連通し、それぞれの出口弁（１３１、２３１）は共通出口（２３８）と流体的に連通し、
前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）は、上下方向に延在するポンプ軸（ＡＲ）の周りに、ならびに前記共通入口（１２４、２２４）および前記共通出口（２３８）の周りに配置構成され、
前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）それぞれは、前記ポンプ（１００、２００）に対して上方に増加する断面積を有することを特徴とする多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項2】

前記共通入口（１２４、２２４）は、下側ハウジング（２２１）内に収容された入口（２２３）によって供給され、前記共通出口（２３８）は、上側ハウジング（２２７）内に収容された出口（２４０）によって供給される請求項１に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項3】

前記ポンプキャビティの数は、３個、５個、７個、９個など奇数個である請求項１または２に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項4】

前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）は、前記共通入口（１２４、２２４）および前記共通出口（２３８）の周上径方向外向きに配置構成される請求項１から３のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項5】

前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）は、流体移送をもたらすための移動可能なダイアフラム（１３２、２３２）またはシリンダー内で往復運動可能なピストンを備える請求項１から４のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項6】

前記ポンプ本体部（１２０、２２０）は、前記共通入口（１２４、２２４）から前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）それぞれまで延在する複数の入口流路（１２６、２２６）および／または前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）それぞれから前記共通出口（２３８）まで延在する複数の出口流路（１３０、２３０）を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項7】

前記共通入口（１２４、２２４）は円環状部として形成された部分を有し、前記入口流路はそれぞれの入口弁を介して概して径方向外向きおよび上方に前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）内に貫入する請求項６に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項8】

前記出口流路（１３０、２３０）は、それぞれの前記出口弁（１３１、２３１）を介して前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）から概して径方向内向きに、および上方に向かって前記共通出口（２３８）内に入る請求項６に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項9】

全体がプラスチック材料でできており、かつ/または、ウィープダクト（４８０）を含んでいる請求項１から８のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項10】

前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）の容積は各々、駆動部（１１０、２１０）を用いて循環的に変更可能である請求項１から９のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項11】

前記駆動部は、前記共通入口（１２４、２２４）または前記共通出口（２３８）の径方向外向きに配置構成され、前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）の周りにある請求項１０に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項12】

前記駆動部（１１０、２１０）は、前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）ならびに前記共通入口（１２４、２２４）および／または前記共通出口（２３８）の周りに接する経路内で回転するフォロワドライバ（２５０）上に形成されたフォロワ駆動表面（２５４）の偏心または他の非円形運動を用いて往復運動可能な複数のフォロワ（２６０）を備える請求項１０または１１に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項13】

材料を強化するために任意に後処理された材料の層毎の堆積によって、前記ポンプ（１００、２００）の外部ハウジング（２２１）又は（２２７）と一体的に形成されたフランジ付きポンプ入口（２２３）及び／又はフランジ付きポンプ出口（２４０）を含む請求項１または２に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項14】

３０立方ｃｍから８０立方ｃｍの前記共通入口（１２４、２２４）から前記共通出口（２３８）までの内部容積を有する請求項１から１３のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項15】

前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）及び前記共通入口（１２４、２２４）及び共通出口（２３８）は、処分のために前記ポンプ（１００、２００）の他の部分から分離されるように構成される請求項１から１４のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）を備えるバイオプロセスシステム（１０００）。

【請求項17】

前記ポンプ（１００、２００）を通る凝集流体流を引き起こすように前記ポンプキャビティ（１２２、２２２）それぞれを所定の反復パターンに従って動作させるステップであって、前記凝集流体流は前記ポンプ（１００、２００）の前記共通出口（２３８）における圧力の４％以下の圧力変化を有する、ステップを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）の操作方法。

【請求項18】

前記ポンプ（１００、２００）を１時間当たり２５００リットルまでの流量範囲で作動させるステップを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の多連キャビティ往復容積移送式流体ポンプ（１００、２００）の操作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多連キャビティ往復容積移送式ポンプ（multiple cavity reciprocating positive displacement pump）に関するものであり、特に、限定はしないが、より均一な圧力出力を行うために放射状構成で配置構成されている多連キャビティダイアフラムポンプ（multiple cavity diaphragm pump）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、実験室処理または生物学的処理のために、たとえば、クロマトグラフ法、または細胞培養を含む他の実験計測機器では、広範な流動が、圧力変動を最小限度に抑えた一貫した圧力とともに要求される。容積移送式ポンプは、必要な流動範囲をもたらすが、代償として出力中に圧力脈動が生じる。回転要素ポンプは、概して一貫した圧力をもたらすが、その流動範囲は制限され、多連ポンプ段がないと、高圧を達成することは困難である。多連ポンプは連携することで圧力脈動を均すことが知られているが、コスト低減のため、ポンプは１つだけであるのが望ましく、ポンプが１つであれば制御することも、きれいにしておくこともたやすい。

【0003】

ダイアフラムポンプには、生物学的処理分野での用途においていくつかの利点があり、たとえば、これはポンプで送られる流体に対して大きな剪断力を加えることもなく、たとえば、細胞およびタンパク質を含む流体をポンプで送るために好ましい。そのようなポンプは、妥当な範囲の流量、および圧力も有する。たとえば、平行キャビティがスウォシュプレートによって駆動されるＱｕａｔｔｒｏｆｌｏｗ（商標）のブランドで市販されているような多連キャビティダイアフラムポンプが提案されている。図１は、ウェブページ：
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｌｏｂａｌｓｐｅｃ．ｃｏｍ／ｌｅａｒｎｍｏｒｅ／ｆｌｏｗ＿ｔｒａｎｓｆｅｒ＿ｃｏｎｔｒｏｌ／ｐｕｍｐｓ／ｐｉｓｔｏｎ＿ｐｌｕｎｇｅｒ＿ｐｕｍｐｓ
から引用した別の多連キャビティポンプ（multiple cavity pump）を示している。
その放射状設計では、複数の入口および出口が放射状パターンで配置構成され、これは、まとめて清掃するのに時間がかかり、空気トラッピングが生じる可能性があるため不利点である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の実施形態は、上で述べた不利点を克服し、きれいにしておくことが容易であり、空気をトラップする傾向を低減し、比較的良好な範囲の流動および圧力を有する、低コストの多目的ポンプを提供することを求める。

【0005】

請求項１に従属する請求項によって定義される好ましい特徴を有する請求項１に記載のポンプを提供する。本発明の他の特徴は、請求項１の後の請求項に提供される。

【0006】

しかしながら、本発明は、本明細書において開示されている特徴の任意の組合せに、そのような組合せが本明細書において明示的に説明または請求されているかどうかに関係なく拡大適用される。さらに、２つまたはそれ以上の特徴が本明細書において組合せで言及されている場合、そのような特徴は、本発明の範囲を拡張することなく別に請求され得ることが意図されている。

【0007】

本発明は、多数の方法で実現することができ、それらの例示的な実施形態は、図面を参照しつつ以下で説明される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】従来技術のポンプ配置構成を示す図である。

【図2】本発明によるポンプの概略を示す図である。

【図3】図２に示されているポンプの断面図である。

【図4】図２に示されているポンプのキャビティ部分の拡大断面図である。

【図5】ポンプの液体処理部分の断面平面図である。

【図6】図２に示されているポンプの、ポンプ本体部サブアセンブリの斜視図である。

【図7】図６に示されているサブアセンブリの本体部コンポーネントの斜視図である。

【図8】代替的ポンプ配置構成の断面図である。

【図9】２つの異なる修正されたダイアフラム駆動カムのプロファイルを表すグラフを示す図である。

【図10】２つの異なる修正されたダイアフラム駆動カムのプロファイルを表すグラフを示す図である。

【図11】別の代替的ポンプ配置構成を示す断面図である。

【図12】図９の代替的ポンプを示す分解図である。

【図13】さらに別のポンプ配置構成を示す図である。

【図14】使い捨て型ポンプ配置構成を示す図である。

【図15】ポンプを採用する典型的なバイオプロセス処理システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明は、その目的およびその利点と併せて、添付図面とともに示される次の説明を参照することでよく理解され得る。

【0010】

図１を参照すると、多連容積移送式ポンプキャビティ２を有する、知られているポンプ１が図示されている。各キャビティ２は、２つの対向する逆止め弁４および５を有し、中心カム３によって駆動される往復運動要素６に応答して流体を弁４に通し、弁５を介して排出することを可能にする。図１に示されている配置構成が知られている。入口４および出口５は分離しており、キャビティ２はその行き止まりで空気を保持しがちである。しかしながら、２つの対向する一方向弁（またはそれと同等のもの）を使用することによるキャビティからの流体の吸引および排出の交互動作を行う、往復運動動作の原理は、本発明でも使用される。

【0011】

図２は、改善されたポンプ配置構成１００の概略断面図であり、これはポンプ本体部１２０を備え、その中に、複数の、この場合には５つの、ポンプキャビティ１２２が形成され、この場合、隆起部１２５の周りに形成された共通中心円環状入口１２４の形態の、共通入口と、それぞれのポンプキャビティ入口１２６を介して、すべて流体的に連通する。各ポンプキャビティ入口１２６は、流体がポンプキャビティ１２２内に入ることを許すが、その中から出ることを許さない一方向入口弁１２８を備える。各ポンプキャビティ１２２は、共通出口（この図には示されていない）と、ポンプキャビティ出口１３０を介してさらに流体的に連通しているが、中心入口１２４に隣接して配置される。この場合、共通出口は、共通入口１２４の上、すなわち、図２に示されている断面の平面より上にある。各ポンプキャビティ出口１３０は、流体がポンプキャビティ１２２から出ることを許すが、その中に入ることを許さない一方向出口弁１３１を備える。各ポンプキャビティ１２２は、駆動手段（図示せず）によって、たとえば、機械的インターフェース１３４に接続されている機械的手段によって、矢印Ｒの方向での往復運動で移動することができる可撓性材料ダイアフラム１３２をさらに備える。他の種類の駆動手段の例は、空気圧変動、油圧変動、またはモーターもしくは電気ソレノイドによって引き起こされる機械的運動、および同様のものを含む。ダイアフラム１３２は、衛生上の理由から好ましいものの、シリンダー内で往復運動可能なピストンと置き換えることも可能であることは理解されるであろう。

【0012】

図３は、駆動モーター５０と一緒に、上の段落で説明されている方式で動作可能な、改善されたポンプ配置構成２００の断面を示している。図２に関して説明されている部分に、形態および機能の点で類似する図３に示されているポンプの部分は、それぞれの参照番号の同じ下二桁を有する。それによって、フランジ付き入口２２３によって供給される、各々が共通円環状入口２２４の周りに配設される複数のポンプキャビティ２２２を備える本体部分２２０を有する、改善されたポンプ２００が図示されている。このポンプは５つのキャビティ２２２を有しているので、図３に例示されている中間セクションは、１つのキャビティ２２２だけを断面で示している。キャビティ２２２は、中心隆起部２２５の周りの円環状部２２４内に分岐する共通フランジ付き入口２２３を介して供給を受け、円環状部２２４は、キャビティ２２２に対する、および断面で図示されていない他の４つのキャビティの各々に対する、複数のキャビティ入口２２６（そのうちの１つのみが断面で示されている）を提供する。複数のキャビティ入口２２６は、すべて、この場合には曲がって流体がキャビティ内に入るのを許すが、流体圧力の力によってキャビティ入口２２６の上に被されて入口２２６からの流体漏出を防ぐように閉じる単純な弾性カップ２２８の形態の一方向入口弁２２８によって閉鎖される。ポンプキャビティ２２２は、機械的インターフェース２３４によって駆動される、矢印Ｒの方向に往復運動で出し入れするための可撓性ダイアフラム２３２を備える。ポンプキャビティ２２２は、キャビティ入口弁２２８に構造上類似し、流体がキャビティ２２２から出ることを許すがキャビティ２２２に戻ることを許さないキャビティ出口弁２３１をさらに備える。ポンプで送られる流体は、それぞれのキャビティ出口２３０を介して各キャビティ２２２から出て共通出口チャンバー２３８内に入りフランジ付きポンプ出口２４０で終了するものとしてよい。上で述べたポンプの作動コンポーネントは、入口２２３および出口２４０とそれぞれ一体形成された、下側ハウジング２２１および上側ハウジング２２７内に収納される。

【0013】

電気モーター５０は回転可能出力軸５２を有し、この回転可能出力軸５２に歯付き駆動プーリー５４が固定され、次いでこれは歯付きベルト５６を駆動し、次いでこれは概してポンプの中心にある軸ＡＲの周りに回転可能な歯付き受けプーリー５８を駆動する。受けプーリーは、この場合に軸ＡＲと同心のシリンダー外面２５２を有するドラム２５０の形態の、外側ダイアフラム駆動部２１０と、この場合に、円筒形であるが、軸ＡＲに対して偏心している、内側ドラム面２５４とに非回転可能に固定され、これはそれぞれ軸ＡＲの左および右のドラムの異なる断面厚さ「Ｔ」および「ｔ」からわかる。内側ドラム面は、対応する内部対向表面２５６を有する。表面２５４および２５６は、フォロワローラー２６０（この場合、キャビティ毎に３つのフォロワボールレース（follower ball race）がある）が保持される偏心円環状溝２５８を形成し、モーターがドラム２５０を駆動したときに軸ＡＲに関して径方向内向きおよび外向きに往復運動する。フォロワ２６０は、以下でより詳しく説明されているように往復運動Ｒをもたらすようにインターフェース２３４に接続される。

【0014】

図４は、図３に示されているキャビティ２２２の拡大図を示しており、キャビティコンポーネントはより明確になっている。可撓性ダイアフラム２３２は、この実施形態では、弾性材料から形成された円盤状モールディングであり、可撓性を改善するための円環状廃棄部分２３５と、ダイアフラム２３２をポンプ本体部２２０に対して流体密封方式で固定して保持するためのリテーナ２３３とを有する。カップ形キャビティ入口弁２２８は、キャビティに面している凹状部分と、本体部２２０上の適所に保持するための中心ニップル２２９とを有するものとして見ることができる。凹状部分は可撓性であり、押されると、ダイアフラムがキャビティ入口弁の方へ押されるとキャビティ入口２２６（複数のキャビティに使用されるように、複数が示されている）を閉じる。キャビティ出口弁２３１は類似の、ただし反対の仕方で作動し、固定ニップル２３７も備える。特に注意すべきは、キャビティ２２２の断面形状である。動作時に、キャビティは、キャビティの頂部が紙の頂部の方へ向くようにして、またキャビティの寸法がキャビティの頂部の方へ向かうにつれ、したがって出口弁２３１の方へ向かうにつれ大きくなるように配向されることが意図されている。ダイアフラムがチャンバー内で流体を圧縮するように移動されると、流動の方向は、キャビティ内の容積が大きくなる方へ、すなわち、この場合には上方に向かい、ポンプキャビティ内の最低流量および最高圧力は、キャビティの底部にかかり、キャビティ入口弁２２８を閉じるように働く。ポンプ通路の継続的に上に向かう配向、およびポンプ内の流体の意図された上方への流動は、ポンプ内の滑らかな移動とともに、使用中のトラップされたエアポケットの低減を助ける。

【0015】

図５は、図３において直線Ｖ－Ｖで切った断面を示しており、ダイアフラム駆動部２１０をより明確に示している。ドラム２５４および２５６の面の間の偏心円環状溝２５８にトラップされたフォロワ２６０は、より明確に見ることができ、フォロワ２６０はロッカーアーム２６２で支持され、次いで、ポンプ本体部２２０から延在する脚部２６４で枢動可能に支持される。動作時に、フォロワは、円環状溝２５８に従った結果としてインターフェース２３４を移動させるように強制され、脚部２６４およびアーム２６２によって周上の適所に保持され、矢印Ｒの方向にインターフェース２３４の往復運動だけを行う。

【0016】

図６は、ダイアフラム駆動部２１０のコンポーネントをより詳しく示しており、そこでは、各キャビティに対する３つのフォロワレース２６０は、機械的インターフェース２３４を通り、次いで、本体部２２０の一部として成形されている、それぞれの脚部２６４上で枢動する二叉アーム２６２内に移動する軸ｘも有するアクスル上に直線配列で配置構成される。この図面には、ネジで適所に保持されているリテーナ２３３も見えている。

【0017】

図７はむき出しのポンプ本体部２２０を示しており、これは複数の入口流路２２６（弁カップニップル２２９を保持するための、流体移動のためではない中心孔）と、ここでもまた出口弁ニップル１３７のための中心孔がある、複数の流体放出流路２３０とを有する、露出されているキャビティ２２２のうちの１つをより明確に示している。ポンプ本体部の形態は単純でなく、製造するのが困難であると考えられる可能性もあることに留意されたい。しかしながら、球根形を有し、さまざまな部分、すなわち、共通入口２２４、複数の入口流路２２６、複数のキャビティ２２２、出口流路２３０、および共通出口２３８の間の滑らかな移動があるように図示されているポンプ本体部は、層毎の形成、たとえば、いわゆる３Ｄプリンティングまたは付加製造法を用いることで、一体品として製造されることが提案されている。したがって、プラスチック製構造物が作られるか、または強化された金属ポンプ本体部を作るために金属化形成が行われ、後処理され得る。ポンプの他のコンポーネント、たとえば、駆動ドラム２５０ならびに／またはハウジング２１１および２２７も同様の方法で作ることができる。

【0018】

他のダイアフラム駆動手段も提供することが可能であることは理解され、そのような１つの代替的駆動部３１０が図８に示されており、フォロワ３６０は駆動ドラム３５０の偏心内面３５４によって内向きに連続的に押され機械的インターフェース３３４を移動し、次いで、ダイアフラム３３２を移動する。径方向外向きの復帰運動は、伸縮バネ３６８によってもたされる。他の代替的形態において、任意の数の機械的インターフェースの運動は、形状が不規則である、または規則的であるが複数のローブ、たとえば、２つ、４つ、または６つのローブを有するカム形状表面によってもたらされ得るが、圧力脈動を低減するために、ポンプキャビティの数が奇数、たとえば、３、５、７、または９個のキャビティである場合にはローブは偶数個であるのが好ましい。

【0019】

他のダイアフラム駆動部では、低い出力圧力脈動に対するチューニングを行うために凸凹の表面を有するカムプロファイルが提供され得る。図９および図１０は、カムが複数のダイアフラムおよびそれらに関連する駆動機構の周りに回転できるときに、それらのダイアフラム、この場合、５個のダイアフラムを移動するための２つの異なる修正されたダイアフラム駆動カムのプロファイルを表すグラフを示す。各グラフの縦軸は、各駆動カムの真の偏心円形プロファイルから離れるｍｍ単位の逸脱を示し、横軸はその逸脱が生じるであろう度数単位のカムの角度である。両方の場合において、図示されている形状を有するカムプロファイルは、出力脈動を著しく、たとえば、純粋に円形のカムプロファイルでの約４％から図９および図１０に示されている２つのプロファイルのうちのいずれか一方での約０．７５％まで低減する。実際、グラフによって定義されている修正された円形プロファイルは、平均直径約１２５ｍｍおよびトラック幅約２２ｍｍの、溝２５８に類似する、円環状溝の同心の内縁および外縁内に形成され得る。したがって、出口での凝集流体圧力偏差は、この配置構成では出口の圧力の４％未満であり、いくつかのカムプロファイルでは、約０．７５％となり得る。

【0020】

図１１は、同軸の入口２２３および出口４４０と、それらの間の、同じ径方向に配置構成された、各々がそれぞれ入口弁４２８および出口弁４３１と連動して動作可能なダイアフラム４３２の動作によって上で説明されているように流体を吸い込み、流体を押し出す、複数のポンプキャビティ４２２とを有する、大半の点で上述されているポンプ２００に構造上類似するポンプ４００を示している。しかしながら、この配置構成では、ポンプ４００は、ポンプの軸ＡＲと概して同心であるように配置構成された駆動モーター４５０を有する。モーターのステーター４５１は、ポンプのハウジング４２１の下側部分に剛体的に収納し、モーターのローター４５２は、ベアリング４５３上で支持され、次いで、ハウジング４１２上に保持される。ローター４５２は、図６に関して上で説明されているのと同じ方式で、ダイアフラム４３２を移動するための機構４１０を動作させる偏心ドラム４６０に剛体的に固定される。この実施形態では、機構４１０は、ドラム４６０の内面に従う、ただ１つのローラーベアリング４６０を備える。内向き圧力ストロークからこの機構が回復する速度を高めるために伸縮バネ４２５が使用される。ポンプは、さらなる上側ハウジング部分４２７を有する。

【0021】

この実施形態では、ウィープダクト（weep duct）４８０が見えており、これらは、たとえば、割れた、または漏れのあるダイアフラム４３２からの漏出を、圧力センサまたは伝導度センサ（図示せず）などの流体センサを用いて検出するために使用される。

【0022】

図１２は、ポンプ４００の分解図であり、ポンプキャビティ４２２（図示せず）を備えるポンプの内側部分４７５、およびポンプ機構４１０が、モーターハウジング４２１および上側ハウジング４２７から取り外せることを例示している。

【0023】

図１３は、上で説明されているのと同じポンプ機構とともに使用することができる、ポンプ５００に対する入口および出口配置構成の代替的形態を示している。ここで、ポンプは、ポンプの、出口５４０と同じ側に入口５２３を有する。これを達成するために、出口５４０は、別個の入口／出口内に分岐する前にその長さの一部に対して入口の内側に形成される。ポンプ内では、入口および出口は各々、上で説明されている方式で複数のポンプキャビティ５２２に接続され、流路Ｆは弁部分とともに例示され、これは上で説明されているものと同じであり、わかりやすくするため省かれている。

【0024】

図１４は、上で述べたのと同じ特徴を有する簡素化されたポンプ６００の概略を示している。この場合、ポンプ６００は、ポンプ６００がその駆動機構Ｄから分離可能であるので、使い捨て可能であることを意図されている。したがって、低コストポンプ６００は全体をプラスチック材料から作ることができ、駆動部Ｄは、たとえば、ポンプのダイアフラム６３２を押し、引くように配置構成されているポンプキャビティ６２２の周りに接続されている油圧または空気圧流体圧力管路であってよい。等しい効果があれば、他の容易に切り離し可能であるか、または取り外し可能であるポンプ駆動手段も使用可能であり、したがって、ポンプはその駆動部から切り離すことができる。同じ分離可能で使い捨て可能な性質は、図１３に示されているポンプのバージョンに対して使用することが可能である。

【0025】

図１５は、典型的なバイオプロセス処理システムを示しており、この場合、クロマトグラフ分離システム１０００が図示されており、これは選択可能な流体入口弁１１を有し、流体中の特定の成分を分離するクロマトグラフィーカラム１２を提供する。センサ１４は、ポンプ１０が分離プロセスを駆動するときに分離の状態を決定するために使用される。この場合、ポンプ１０は、図２から図１２に関して上で述べられているポンプのうちのどれか１つであってよい。代替的に、上で述べられているポンプは、細胞もしくは他の生物培養などの他のバイオプロセス処理システム、または生物由来物質の移送で使用することが可能である。

【0026】

本発明のポンプは、たとえば、約１０バールゲージ圧力の最大出口圧力がおよび大気入口圧力で１時間あたり５から２５００リットルの高い範囲の流動をもたらす。そのような流動および圧力は複数の平行な、知られているポンプで達成可能な場合もあるが、多連ポンプを使用すると、必要とされる流体の量が増え、それは、たとえば図１３に示されている種類のクロマトグラフィーシステムに十分でない量の分離可能な流体が供給されるときに望ましくない。本発明では、ポンプを動作させるために必要な流体の量は、取得可能なポンプ流動に対して比較的少ない。たとえば、ポンプ２００に対して、内部体積は約５５立方ｃｍであるが、キャビティおよび入口設計の変動を含むように３０から８０立方ｃｍの入口から出口までの体積の範囲が使用され得る。約５０から６０立方ｃｍの体積が好ましいが、本質的ではない。そのような体積は、ポンプ内に保持される液体の体積が可能な潜在的流量と比較して低いので非常に有利である。

【0027】

他の駆動配置構成も当業者には明らかであり、たとえば、電気ソレノイドが駆動手段として使用される場合、その動作は、たとえば、ポンプで送られる流体の粘度の変化に応答して、望ましい流動および／または圧力出力に適合するように変換させることができる。

【0028】

図示されているこの改善された配置構成は、従来技術に関連するさまざまな問題を解決し、特に、改善された配置構成は、共通の入口および出口を共有するのでよりコンパクトであり、空気をトラップする可能性が低くなり、清掃のしやすさが改善され、比較的広い流動および圧力範囲にわたって流動の脈動を減らす。

【0029】

２つの実施形態が説明され例示されているが、当業者にとっては、追加、省略、および修正は、請求されている発明の範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に対して行うことが可能であることは明らかである。たとえば、ポンプは、直立して、すなわち、出口２４０（図３）を上方に向けて動作させることを意図されており、本明細書の説明および請求項はその規約に従うが、出口２４０は入口２２３より上にあり、動作角度は重要でないと想定され、したがって説明上の規約はしかるべく解釈されるべきである。別個のモーター５０が例示され説明されているが、一実施形態において、電気機械的駆動部は、ドラム２５０がモーターローターとなり、モーターステーターがその周りに組み付けられ、したがって駆動ベルト５６を回避するようにドラム２５０内に組み込まれ得る。

【符号の説明】

【0030】

１ ポンプ
２ 多連容積移送式ポンプキャビティ
３ 中心カム
４ 逆止め弁、入口
５ 逆止め弁、出口
１０ ポンプ
１１ 選択可能な流体入口弁
１２ クロマトグラフィーカラム
１４ センサ
５０ 駆動モーター、電気モーター
５２ 回転可能出力軸
５４ 歯付き駆動プーリー
５６ 歯付きベルト、駆動ベルト
５８ 歯付き受けプーリー
１００ 改善されたポンプ配置構成
１２０ ポンプ本体部
１２２ ポンプキャビティ
１２４ 共通入口、共通中心円環状入口、中心入口
１２５ 隆起部
１２６ ポンプキャビティ入口
１２８ 一方向入口弁
１３０ ポンプキャビティ出口
１３１ 一方向出口弁
１３２ 可撓性材料ダイアフラム
１３４ 機械的インターフェース
１３７ 出口弁ニップル
２００ 改善されたポンプ配置構成、ポンプ、
２１０ 外側ダイアフラム駆動部
２１１および２２７ ハウジング
２２０ 本体部分、ポンプ本体部
２２１ 下側ハウジング
２２２ ポンプキャビティ
２２３ フランジ付き入口
２２４ 共通円環状入口、円環状部、共通入口
２２５ 中心隆起部
２２６ キャビティ入口、入口流路
２２７ 上側ハウジング
２２８ 弾性カップ、一方向入口弁、カップ形キャビティ入口弁
２２９ 中心ニップル、弁カップニップル
２３０ キャビティ出口、流体放出流路、出口流路
２３１ キャビティ出口弁
２３２ 可撓性ダイアフラム
２３３ リテーナ
２３４ 機械的インターフェース
２３５ 円環状廃棄部分
２３７ 固定ニップル
２３８ 共通出口チャンバー、共通出口
２４０ フランジ付きポンプ出口
２５０ ドラム、駆動ドラム
２５２ シリンダー外面
２５４ 内側ドラム面、表面
２５６ 対応する内部対向表面、表面
２５８ 偏心円環状溝
２６０ フォロワローラー、フォロワ、フォロワレース
２６２ ロッカーアーム
２６４ 脚部
３１０ 駆動部
３３２ ダイアフラム
３３４ 機械的インターフェース
３５０ 駆動ドラム
３５４ 偏心内面
３６０ フォロワ
３６８ 伸縮バネ
４００ ポンプ
４１０ 機構、ポンプ機構
４１２ ハウジング
４２１ ハウジング、モーターハウジング
４２２ ポンプキャビティ
４２５ 伸縮バネ
４２７ 上側ハウジング部分、上側ハウジング
４２８ 入口弁
４３１ 出口弁
４３２ ダイアフラム
４４０ 出口
４５０ 駆動モーター
４５１ モーターのステーター
４５２ ローター
４５３ ベアリング
４６０ 偏心ドラム、ローラーベアリング
４７５ 内側部分
４８０ ウィープダクト
５００ ポンプ
５２２ ポンプキャビティ
５２３ 入口
５４０ 出口
６００ ポンプ、低コストポンプ
６２２ ポンプキャビティ
６３２ ダイアフラム
１０００ クロマトグラフ分離システム
ＡＲ 軸
Ｄ 駆動機構、駆動部
Ｆ 流路
Ｒ 往復運動
Ｔ 断面厚さ
ｔ 断面厚さ
ｘ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】