CN103153476B - 一种具有压缩机冷却装置的离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心机（10）以及一种冷却离心机（10）的方法。根据本发明，所述离心机（10）包括被改进如下的冷却装置（11,14,15）：减少了所述离心机（10）所需的安装空间，以使所述离心机（10）在离心分离能力保持不变的情况下具有更紧凑的设计，或者在安装尺寸保持不变的情况下离心分离能力增加。进一步地，可以减少部件的数量，并因此节省成本以及组装时间。

Description

一种具有压缩机冷却装置的离心机

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的离心机，尤其涉及一种实验室离心机，以及一种如权利要求12前序部分所述的冷却离心机的方法。 

离心分离时，在离心机转头旋转时，空气摩擦以及电力损失在离心机转鼓内产生热量。因为离心机转鼓由盖子封着，以防止被离心机分离的材料逸出，所以，热量输入不容易散发并由此导致被离心机分离的材料的温度上升。 

然而，温度上升是不希望的，因为它可能导致被离心机分离的离心样本的破坏和/或无效。通常，样本必须保持在确定的温度，例如，保持在4摄氏度，22摄氏度，或者37摄氏度，这取决于各自的应用。因此，过去已经采取了预防措施预防被离心机分离的材料温度上升。一方面，借助于热量交换原理，通过直接冷却或者间接冷却可以实现这个目的。在间接冷却（非直接冷却）情况下，冷却剂与待冷却产品或与待冷却产品的外壳之间没有直接接触。 

在直接冷却情况下，外界空气通过离心机转鼓直接输送到离心机转头，离心机转头用作一种径流式风扇。出于这个目的，离心机盖子和/或离心机转鼓包括位于旋转轴附近的进口以及离旋转轴更远一些的出口。尽管这样的直接冷却已经证明它的价值，但是离心机转鼓必须包含同样使材料逸出的出口。直接冷却的缺点是将外界空气用作冷却剂：样本产品最多只能被冷却到外界空气的温度。 

在间接冷却情况下，离心机转头封闭在离心机转鼓中离心机盖子下方，没有冷却管之类的部件。因此，空气仅在离心机转鼓中循环。此时，借助于被引导经过转鼓外部的附加介质，实现了冷却。冷却剂也可以是经引导经过转鼓外部的外界空气，例如，正如Eppendorf AG的离心机5424实现的那样。或者，冷却装置包括由排列在设备侧的底盘的上方的管子和热交换器组成的压缩机冷却组件，其中，为了散热，特殊的冷却剂经由，例如成螺旋形地，倚在转鼓上的——也就是倚在转鼓侧壁以及底部上的——管子穿过容器。对于间接冷却的后一变体，还容许将样本产品冷却到外界空气温度以下的温度。间接冷却的优点是：在此过程中，与直接冷却相比，可以更好地控制被调整的温度。 

在现有技术的离心机中，通常由金属制作的离心机底盘仅仅起到了外壳内的一部分热量的消极散热作用。 

同样，在所谓的超高速离心机中，于离心机转头在真空中旋转的情况下，通过底盘消极冷却的原理得以应用，例如，正如DE2343070A1公开的。 

本发明的目的之一是进一步改进离心机积极的间接冷却。特别地，将减小需要的安装空间，以使离心机在离心分离的能力保持不变的情况下具有更紧凑的设计，或者，在安装尺寸保持不变的情况下，离心分离的能力提高。进一步地，特别地，目的在于减少部件的数量并因此节省成本和组装时间。 

根据本发明，权利要求1所述的离心机以及权利要求12的冷却方法实现发明目的。有益的实施例在从属权利要求中进行陈述。 

发明人已经发现，在当前的离心机中，当底盘用作冷却剂的热交换器用于散热时，用于压缩机冷却装置的冷却介质的单独的冷凝器和/或气体冷却器可以省略。在所述气体冷却器情况下，热量散发不通过所述冷凝器发生，但是在临界过程中，可察觉到的热量从热气体中散发。另一方面，在所述冷凝器中，状态转变发生在三个步骤中：热气体的加热，液化，以及液体冷却剂的降温。所述冷凝器和所述气体冷却器有相同的基本组件设计，并且仅需要根据各自的应用加以装配。因此，在下文中，术语冷凝器同样包括气体冷却器。 

迄今为止，虽然所述底盘已经用于消极冷却，例如，用于散发来自所述离心机电子系统的热量，但是，目前，所述底盘组成了压缩机冷却装置的一部分并且因此用于所述离心机的积极冷却。将从所述压缩机流出的冷却介质（可能温度高达120摄氏度），根据外界温度冷却到大约35 摄氏度的温度（外界温度大约20摄氏度）。因为省略了所述压缩机冷却装置通常使用的冷凝器，离心机转头旁边/前面/后面的额外的安装空间空余出来，因为迄今为止冷凝器始终安装在那里。所述额外的安装空间现在可以用于容纳电子控制系统——作为一般规则，由于冷凝水积聚的风险，所述电子控制系统不应该安装在所述离心机转头，管子或者冷却装置的其它部件的下方。 

在所述离心机中，尤其是实验室离心机中，包括离心机转头，离心机马达，压缩机冷却装置以及包括底盘的机框，因此，根据本发明，提供所述底盘与所述压缩机冷却装置热传导连接，以使所述底盘用作所述压缩机冷却装置的热交换器，并因此至少起到用于所述压缩机冷却装置的冷却介质的冷凝器的一部分的作用。 

通过所述结构，可以省略单独的冷凝器，并且不需要此冷凝器所需的安装空间，由此，与先前的结构相比，根据本发明的离心机提供了安装尺寸的优点。或者，可以在安装尺寸保持不变的情况下增加离心分离能力。进一步地，减少成本以及组装的精力。 

在一个合适的结构中，提供用于冷却剂的、排列在所述底盘上或者所述底盘里面的传输工具，其中，所述传输工具优选地被构造为管子。在这种情况下，作为冷凝器的所述底盘结构上特别简单地被构造而成。进一步地，通过管子的结构，可确保最佳的密封性，以及确保管子内的最佳的流动，以及所述管子尤其是被构造为没有阻力，因为否则将发生压力下降以及由此导致冷却效果恶化。 

在以上方面中，优选地，所述传输工具模制进所述底盘，或者，所述底盘由至少两个部分构造而成并且所述传输工具安装在所述两个部分之间的分离面中，尤其是被包括在至少一个部分中。例如，所述传输工具可以模制进所述底盘，其中，特别地，所述传输工具使用铜管，该铜管被模制进铝制成的所述底盘中。或者，可以使用夹层结构，其中，为了防止泄露，必须确保相当高的配合精度。或者，为了防止泄露，在所述夹层结构中可以使用加入的管子。此处同样需要高的配合精度，以确保所述管子与所述底盘的夹层部件之间最佳的热转移，因为否则气泡或 者类似的东西阻碍所述热转移。为了防止这种事件发生，在所述管子与所述底盘的夹层部件之间优选地使用了用于改进所述热转移的对象，例如导热胶。 

特别有利的是，所述底盘在两个大的主表面中的至少一个上包括至少一个扩展所述表面的元件，尤其是一个或者多个冷却肋片。在这种情况下，所述底盘可以非常好地散发所述冷却剂的热量，因为用于冷却目的的所述底盘的表面被有益地增加；在积极冷却所述底盘时，若为了减小噪音，可以使用慢/小的空气流。进一步地，可以适当地使用所述冷却肋片引导用于积极冷却的空气流。这些元件不需要独立的安装空间，因为由于所述底盘与所述转鼓之间的轴承支架，可以获得足够的空间，同样，在所述底盘的下方，可以获得这样的安装空间。 

进一步有利的是，使所述底盘包括至少一个不与引导工具流体连接的通孔。由此，可以非常好地引导消极或者积极产生的空气流，因为这样的空气流现在也可以穿过所述底盘。在一个特别优选的实施例中，这样的通孔进一步被利用为：为了使热的输入端与所述冷凝器中的冷的输出端分离，并因此提高效率，使通孔用于有针对性地妨碍和/或降低所述底盘的导热。 

尽管通过适当地引导空气流，尤其在扩展所述表面的元件的帮助下，所述底盘的消极冷却是完全可行的，但为了避免所述离心机内的热积聚，尤其合适的是，借助于至少一个通风工具提供所述底盘的积极冷却。所述通风工具，例如，风扇，与所述底盘有效地相连并优选地适于在所述离心机的外壳内产生空气流，所述空气流从侧面和/或底部进入所述外壳。为了增加抵抗火的能力，可以提供用于所述外壳内通风口的透气盖子。 

进一步地，所述通风工具还对以下热量的消散特别有效，所述热量为由马达以及电子驱动单元产生的、所述离心机转鼓内通过空气阻力产生的、由要被离心机分离的样本自身产生的、或在离心分离过程中产生的热量，以及那些从外界进入到所述离心机的热量——例如通过所述盖子进入的热量。因此，所述通风工具为压缩机冷却提供了重要的支持。 

为了防止与所述离心机的热的部件接触，所述底盘在离心机外壳上被布置为使得以中断或者至少减少所述底盘与所述外壳之间的热转移。出于这个目的，优选地在所述底盘与所述离心机的外壳之间布置了隔热的连接件。 

要求独立保护根据本发明的用于冷却离心机——尤其是实验室离心机——的方法，其中提供一个压缩机冷却装置，所述方法特征在于将所述离心机的底盘至少用作所述压缩机冷却装置的冷凝器的一部分。 

尤其有利的是，提供产生平行于所述底盘和/或通过所述底盘上升的空气流的通风工具。由此实现所述底盘的特别有效的积极冷却，以使所述底盘以特别有效的方式用作冷凝器。 

在本发明提供的方法中，使用根据本发明的所述离心机特别有益。 

在下文中，参考优选的实施例以及附图，阐述了本发明的特点以及进一步的优点。 

图1是现有技术包括冷凝器没有示出外壳部件的离心机的俯视图， 

图2是图1所示离心机的整体透视图， 

图3是没有示出外壳部件的根据本发明的离心机的俯视图， 

图4a，4b是根据图3的本发明离心机不同的整体透视图， 

图5是用于根据图3的本发明离心机的第一个优选实施例中的底盘的顶部透视图， 

图6是用于根据图3的本发明离心机的第一个优选实施例中的底盘的底部透视图， 

图7是用于根据图3的本发明离心机的第一个优选实施例中的底盘的俯视图， 

图8是用于根据图3的本发明离心机的第一个优选实施例中的底盘的剖面图， 

图9是用于根据图3的本发明离心机的第二个优选实施例中的底盘（夹层型底盘）的上层部分的顶部透视图， 

图10是用于根据图3的本发明离心机的第二个优选实施例中的底盘（夹层型底盘）的上层部分的底部透视图， 

图11是用于根据图3的本发明离心机的第二个优选实施例中的底盘（夹层型底盘）的下层部分的底部透视图， 

图12是用于根据图3的本发明离心机的第二个优选实施例中的底盘（夹层型底盘）的下层部分的顶部透视图，以及 

图13是用于根据图3的本发明离心机的第二个优选实施例中的底盘的剖面图。 

图1示出了现有技术实验室离心机1的俯视剖面图，该离心机除了具有电力系统2，离心机转鼓3和安装于其下方的马达（图未示），离心机转头4，压缩机5以及底盘6外，还具有冷凝器7。 

在所述压缩机5与所述冷凝器7之间，排列了用于冷凝器7的风扇8。图2是已知的离心机1与外壳9以及盖子9a的透视图。 

图3示出了在优选实施例中的根据本发明的离心机的俯视剖面图。图4a，4b示出了根据本发明的离心机10的不同的透视图。 

离心机10包括一个底盘11和一个包括离心机转头13的转鼓12，其中，所述转鼓12下方底盘11上通过轴承支架（轴承支架与离心机马达以本领域技术人员公知的方式构成统一的组件且不再单独示出）放置了离心机马达。所述离心机10包括压缩机冷却装置14，所述压缩机冷却装置14包括穿过所述底盘11的冷却剂传输管15。进一步地，所述离心机10包括电子控制系统16以及两个风扇17，所述两个风扇17经由所述底盘11里的通风槽18以及所述外壳19里的通风槽20将空气吸进所述外壳19，并经由通风槽21将空气从外壳19排出。 

图5到图8以及图9到图13详细示出了底盘11a，11b的两个不同的优选实施例。 

图5到图8示出的第一个实施例中，提供了由两个部分构成的底盘11a，其中，为了制造所述底盘11a，管子22在模制过程中，模制进底盘主体23。因此，通过物物连接实现理想的热转移。另一方面，没有泄露之类的风险，以使结构非常可靠。所述管子22优选由铜模制而成，而所述底盘主体23优选由铝模制而成。 

进一步地，还示出了用于容纳并固定所述轴承支架以及所述离心机 马达（均未示）的开口25以及固定点26。此外，还提供了用于固定所述压缩机冷却装置14的固定点27以及用于连接所述管子22与所述压缩机冷却装置14的连接点28,29。在上面一侧30上以及下面一侧31上都提供了冷却肋片32，33，所述冷却肋片32，33彼此平行并限定空气流的方向。 

在图9到图13示出的第二个实施例中，提供了由多个部分构成的底盘11b，其中，所述底盘11a由上层部件40以及下层部件41组成。所述上层部件40以及所述下层部件41均通过模制过程生产并且包括用于管子的形状42,43。不同于模制的部分40,41，这些部分当然还可以通过铣或者诸如此类的方式生产。通过螺栓，胶合或者焊接或其他连接方式将两个底盘部件40,41连接，生产出完整组成的底盘11b——其中同样存在物物连接。为了防止泄露的风险以及类似风险，必须以非常精确的方式执行操作。或者，可以在两个底盘部件之间插入单独的管子。在这种情况下，优选地，在所述底盘的部件与插入的管子之间提供了用于改进所述热转移的介质，例如，导热胶。同样，在这种情况下，需要所述形状与所述管子非常精确地布置，以确保所述管子与所述底盘的部分盘之间良好的热转移。 

在底盘11b中，同样提供了用于容纳并固定所述轴承支架以及所述离心机马达（均未示出）的开口25以及固定点26，并且所述底盘11b的上面一侧44以及下面一侧45均排列了彼此平行的肋片46,47。为了连接到所述压缩机冷却装置14，提供了连接点48,49。在图13中，具体示出了上层部件40插入下层部件41，以及管子50位于分离面T中。 

排列在所述底盘11，11a，11b中的所述通风槽18不仅用作用于空气通道的开口，还用作将所述底盘11，11a，11b内更热的区域与更冷的区域彼此分隔开，其中，更热的区域是内部的区域，而更冷的区域沿着所述底盘11，11a，11b的边缘延长。因此，连接点29供给更热的区域，且连接点28用作从更冷区域的提取。 

在所述离心机10运转状态下，所述底盘11,11a，11b两侧用作热交换表面并因此起到用于所述压缩机冷却装置14的通过冷却剂导管22,50 被引导的冷却剂的冷凝器51,51a，51b的作用。所述底盘11,11a，11b接收冷却剂的热量，并通过经冷却肋片32,33,46,47增加的表面30,31,44,45将热量散发。与所述风扇17一起，这些冷却肋片32,33,46,47产生将热量散发到外界并由此冷却了整个离心机10的空气流。所述底盘11,11a，11b置于所述离心机10内，以使不存在与外壳19的直接的热接触。进一步地，开口18,20,21覆盖着网纱（图未示出）或者类似物质，以满足防火要求。 

尽管根据本发明的所述底盘11,11a，11b包括彼此平行排列的冷却肋片32,33,46,47，彼此有角度的排列——也即彼此偏离180°——原则上是可行的。例如，可能提供了两组或者更多组的冷却肋片，其中，其中一组的肋片彼此平行延伸，但是在组与组之间存在角度。进一步地，所有肋片可以彼此形成角度。因此，可以调整特别有益的空气流。 

从上文描述中，很明显，根据本发明的离心机10提供了如下的改进的冷却，即减小了需要的安装空间，使得所述离心机10可以在离心分离能力保持不变的情况下具有更加紧凑的设计，或者在安装尺寸保持不变的情况下，离心分离能力提高。进一步地，可以减少部件的数量，并因此节省成本以及组装时间。 

Claims (17)

1.一种包括被驱动的离心机马达（13）、压缩机冷却装置（14）、外壳（19）以及底盘（11；11a；11b）的离心机，其特征在于，所述底盘（11；11a；11b）与所述压缩机冷却装置（14）热传导连接，以使所述底盘（11；11a；11b）构成所述压缩机冷却装置（14）的热交换器，并因此至少起到了用于所述压缩机冷却装置（14）的冷却介质的冷凝器（51）的一部分的作用。

2.根据权利要求1所述的离心机（10），其特征在于，所述离心机为实验室离心机（10）。

3.根据权利要求1或者2所述的离心机（10），其特征在于，在所述底盘（11；11a；11b）上和/或在所述底盘（11；11a；11b）里，提供了用于冷却剂的传输工具（22；50）。

4.根据权利要求3所述的离心机（10），其特征在于，所述传输工具被构造成管子（22；50）。

5.根据权利要求3所述的离心机，其特征在于，所述传输工具（22；50）被模制进所述底盘（11a）中，或者，所述底盘（11b）由至少两个部分（40，41）构成并且所述传输工具（50）排列在所述两部分（40，41）之间的分离面（T）上。

6.根据权利要求5所述的离心机，其特征在于，所述传输工具（50）被包括在所述底盘（11b）的至少一个部分（40，41）中。

7.根据权利要求1所述的离心机（10），其特征在于，所述底盘（11；11a；11b）至少在两个大的主表面（30，31；44；45）中的至少一个上包括至少一个扩展所述表面的元件（32，33；46，47）。

8.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，所述底盘（11；11a；11b）包括一个或者多个冷却肋片（32，33；46，47）。

9.根据权利要求3所述的离心机（10），其特征在于，所述底盘（11；11a；11b）包括至少一个不与所述传输工具（22；50）流体连接的通孔（18）。

10.根据权利要求1所述离心机（10），其特征在于，提供有至少一个与所述底盘（11；11a；11b）有效连接的通风工具（17）。

11.根据权利要求10所述离心机（10），其特征在于，所述通风工具适于在所述离心机（10）的所述外壳（19）内产生空气流，所述空气流从侧面和/或底部进入所述外壳（19）。

12.根据权利要求10所述离心机，其特征在于，提供了外壳内（19）通风开口（20，21）的透气盖。

13.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述底盘（11；11a；11b）在所述离心机（10）的所述外壳（19）上被布置为使得以中断或者至少减少所述底盘（11；11a；11b）与所述外壳（19）之间的热转移。

14.一种冷却离心机的方法，其中提供压缩机冷却装置（14），其特征在于，将所述离心机（10）的底盘（11；11a；11b）至少用作所述压缩机冷却装置（14）的冷凝器的一部分，其中，所述底盘（11；11a；11b）与所述压缩机冷却装置（14）热传导连接，以使所述底盘（11；11a；11b）构成所述压缩机冷却装置（14）的热交换器。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用实验室离心机（10）作为离心机。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，提供至少一个通风工具（17），所述通风工具产生平行于所述底盘（11；11a；11b）或者通过所述底盘（11；11a；11b）上升的空气流。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，使用根据权利要求1所述的离心机（10）。