CN103212491B - 离心机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心机，相较于在冷却已经完成之后开始降压的情形能够抑制长时间降压，而且相较于冷却与降压同时开始的情形能够实现缩短转子和转子内的样本的冷却时间。珀耳帖元件的运行与离心机的运行同时开始。碗状物通过珀耳帖元件的热吸收而被冷却，利用环境空气作为热介质，转子被碗状物冷却。此时，给转子腔降压的真空泵处于关闭状态（环境条件）。在预定时间经过之后，真空泵启动以开始给转子腔内部降压。

Description

离心机

技术领域

本发明涉及一种离心分离样本的离心机。尤其是，本发明涉及一种具有使保持样本的转子冷却的功能和给转子腔降压的功能的离心机。

背景技术

在离心机中，通常，样本存放在容纳于转子内的管子或瓶子里，和转子一起旋转的样本的分离、提纯等由被驱动设备高速旋转的转子来执行，该驱动设备比如是被用门密封在转子腔(旋转腔)内的电机。

转子的转速随着应用而不同，而且通常提供的产品系列具有较宽范围的转速，从最大转速为大约几千rpm(转/分)的相对低速到150,000rpm的高速。在它们之中，具有转子且转子的转速基本上超出40,000rpm(下文称为“超离心机”)的离心机设有真空泵，该真空泵给转子腔降压从而抑制转子和转子内的样本由于转子腔内的空气和转子之间的摩擦生热而温度升高。这样，在超离心机中，由于执行了给转子腔降压的操作，与空气的摩擦就会变小。

在如下所示的现有技术中，公开了一种能够通过以低速执行旋转直到转子温度达到所需温度并在达到所需温度后执行加速到配置的转速从而缩短转子的冷却时间的技术。

在降压的环境下，由于基于辐射的热交换而不是基于对流的热交换占主导地位，转子和转子内的样本的冷却相较于在没有降压的环境下(例如，在大气压环境下)的状态更加费时。基于此，在使用必须在低温下处理的样本的情况下，转子和样本要预先在冷却器或类似物中被冷却，或者在离心机内被冷却较长时间。如此，在由于转子腔内的降压而减少摩擦生热和缩短转子腔内的转子和转子内的样本的冷却时间之间就存在一种折中关系。即使如现有技术中所示，转子以低速旋转直到转子温度达到所需温度，在基于辐射的热交换占主导地位的降压环境下，冷却时间也几乎无法缩短，而且转子温度达到所需温度也需要较长时间。

另一方面，如果转子腔的内部在大气压的状态下被冷却，虽然转子和转子内的样本的冷却由于空气对流而变快，但是转子腔的内部会结水珠或结冰，这样会花长时间来降压。也就是说，如果有水珠或冰，那么当操作真空泵给转子腔的内部降压时水珠或冰必须被蒸发掉。因此，存在的问题是要花费过多的时间直到转子腔内的真空度达到高真空，并且需要花费长时间直到转子以高速旋转。

发明内容

本发明基于对上述状况的认识而做出。本发明的优选目标是提供一种离心机，相较于冷却和降压同时启动的情形，能够在抑制长时间降压的同时缩短转子和转子内的样本的冷却时间。

根据一个实施例的离心机包括：转子，保持将被分离的样本；转子腔，转子容纳于其中；冷却单元，用于冷却转子；驱动单元，用于旋转转子；降压单元，用于给转子腔的内部降压；温度传感器，检测转子腔或转子的温度；控制单元，用于控制冷却单元、驱动单元和降压单元。控制单元冷却转子腔的内部而不运行降压单元直到由冷却单元执行的冷却开始后经过了预定时间，在预定时间经过之后，运行降压单元，并且并行于由冷却单元执行的冷却，给转子腔的内部降压。

根据另一个实施例的离心机包括：转子，保持将被分离的样本；转子腔，转子容纳于其中；冷却单元，用于冷却转子；驱动单元，用于旋转转子；降压单元，用于给转子腔的内部降压；温度传感器，检测转子腔或转子的温度；控制单元，用于控制冷却单元、驱动单元和降压单元。控制单元冷却转子腔的内部而不运行降压单元直到由冷却单元执行的冷却启动之后温度传感器检测到的温度达到预定值，在温度传感器检测到的温度达到预定值之后，运行降压单元，并且并行于由冷却单元执行的冷却，给转子腔的内部降压。

根据本发明，在降压单元的运行被启动之前启动由冷却单元执行的冷却，在此之后，运行降压单元，并行于由冷却单元执行的冷却，给转子腔的内部降压。因此，相较于冷却与降压同时启动的情形，在实现缩短转子和转子内的样本的冷却时间的同时，还能够抑制长时间降压。这样，就使得更快地冷却转子内的样本到所需温度以使其分离成为可能。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的整个离心机的结构的横截面图；

图2是图1所示的离心机的原理框图；

图3是示出基于图1所示的离心机的环境空气预冷操作模式和正常操作模式下的转子的冷却状态和转速的时间图；以及

图4是说明图1所示的离心机的环境空气预冷操作模式的操作过程的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的各实施例。注意，在用于描述实施例的所有附图中，图中所示的相同或类似的组件、部件、过程等用相同的附图标记来标识，而且对它们的重复描述将被省略。而且，各实施例是作为示例来描述的，它们并不限制本发明。实施例中所描述的所有特征和特征的组合并不一定是本发明所必备的。

图1是示出根据本发明实施例的离心机1的整个结构的横截面图。图2是图1所示的离心机1的原理框图。图3是示出基于图1所示的离心机1的环境空气预冷操作模式和正常操作模式下的转子的冷却状态和转速的时间图。图4是说明图1所示的离心机1的环境空气预冷操作模式的操作过程的流程图。

首先，参考图1描述离心机1的整个配置。离心机1设有：具有从上表面看呈大致四边形的横截面的底架(框架)2；设在底架2的内部的用钛合金或铝合金或类似物做成的用于保持诸如管子等样本容纳器(未图示)的转子3；用于给转子3提供旋转驱动力的作为驱动单元的电机4；以及与底部元件5(板)和圆形隔离件6隔开并容纳转子3的转子腔(旋转腔)7。而且，在形成于底架2内的转子腔7的上开口部分(打开和关闭部分)，滑动型的门8作为打开和关闭装置可打开地安装在底架2上。

在转子3转动期间，门8被将在下文说明的控制设备9(例如微处理器)控制，从而使得转子腔7封闭而不被打开。转子腔7的内部被在转子3运行期间运行的、作为降压单元的真空泵11降压到大约1pa或更低。该降压能够减少由于旋转的转子3和留在转子腔7内的空气之间的摩擦而产生的热。

例如用铝材做成的碗状物10安装在转子腔7内从而容纳转子3。用于温度控制的珀耳帖(Peltier)元件12(冷却单元的例子)夹在碗状物10的底部10a和底部元件5之间。转子腔7的温度由固定在底部元件5上的温度传感器13来检测，并由控制设备9来测量。由控制设备9控制的珀耳帖元件12(参见图2)的低温立即通过用具有高热传导性材料形成的碗状物10传递给整个转子腔7，从而控制转子腔7的温度均匀保持在例如4℃。因此，通过降压来抑制由于转子3旋转期间的风阻损失导致的气温升高，而且转子3的热度通过辐射而被带走，即使高速旋转，转子3内的温度也被控制在恒定温度。

如图2的原理框图中说明的，珀耳帖元件12和温度传感器13电连接到控制设备9，控制设备9比较来自于温度传感器13的检测值和在控制设备9内预设的温度设定值，并给珀耳帖元件12施加或停止施加开/关控制驱动电压，从而根据计算结果来冷却珀耳帖元件12。电机4例如由感应电机组成。这个电机4的驱动电源由通过反相器转换的商业交流电源(例如100V或200V，50/60Hz)的三相交流电源来驱动，从而使得转子3高速旋转。由电机4旋转的转子3的转速用设置在靠近转子3的底部的旋转传感器14来检测。旋转传感器14的检测值输入到控制设备9，控制设备9比较该检测值和控制设备9内预先设置的转速设定值，并在执行计算时控制电机4的转速。磁头15读取转子3侧的信息，并将该信息输入到控制设备9，从而识别转子3的类型等等。

如图2所示，控制设备9包括包含有操作单元9a和存储单元9b的微计算机，而且还设有包括电机4的驱动电路、真空泵11的驱动电路和珀耳帖元件12的驱动电路的驱动单元9c。而且，控制设备9设有操作面板，用于将有关指示转子3的转速和离心执行的操作条件比如时间和温度的数据输入控制设备9，并且控制设备9还设有用于显示输入信息和运行期间的监视信息的显示单元9d。控制设备9的存储单元9b设有存储器例如ROM等等，存储比如电机4的控制程序、真空泵11的控制程序、珀耳帖元件12的控制程序等数据。

下面将参考图3所示的时间图描述在具有上述配置的离心机1中，根据本实施例的环境空气预冷操作模式。

运行在时间t0被启动的同时，珀耳帖元件12也开始运行。此时，控制设备9始终用温度传感器13测量转子3的温度，比较该测量值和用户预先设置在控制设备9内的预设温度，并通过给珀耳帖元件12施加来自于控制设备9的电压(以预定周期开/关的脉冲电压)来执行控制，这样转子3的温度可以变成预设温度。当转子3的温度比预设温度高时，碗状物10就通过珀耳帖元件12的热吸收而被冷却，利用环境空气作为热介质，转子3被碗状物10冷却。这样，转子温度就逐渐从ct0开始下降，ct0是由转子温度过渡数据20标识的操作开始时的温度。此时，电机4的转速是停止状态，即，由转速过渡数据30标识的0rpm，而且给转子腔7降压的真空泵11也处于关闭状态(环境空气状态)。

时间Ta是当转子腔7在环境条件下冷却时水珠轻微附着于碗状物10的表面上的时间。当从冷却开始经过时间Ta而到达时间t1时，真空泵11启动，转子腔7内部的降压开始，至于转速，如由转速过渡数据30所标识的，电机4加速到用户所需的转速“n”rpm，并在时间到达时间t2后稳定下来。注意，真空泵11启动时的计时可以被设置为当转子腔7的内部在环境条件下被冷却时直到出现预定的温度差的经过时间。此外，时间Ta是例如10分钟到几十分钟，并且能够被用户预先在控制设备9内选择性地设置。

另一方面，转子温度过渡数据21和转速过渡数据31是基于常规操作的，在运行开始的同时，真空泵11开始启动，转子腔7的内部开始降压，而且电机4开始加速到用户所需的转速n rpm。虽然碗状物10被珀耳帖元件12以与上述环境空气预冷操作模式同样的方式冷却，但是由于转子3在由于作为热介质的空气稀薄而使得对碗状物10的辐射占主导地位的状态下进行冷却，所以相较于环境空气预冷操作模式，要花更多时间来冷却转子3。

通过将转子腔7的内部在环境条件下被冷却时直到水珠开始形成的时间设置为预定时间，在环境条件下预冷却转子腔7的内部直到冷却开始之后经过这段时间，并在该预定时间经过之后给转子腔7的内部降压以旋转转子到设定转速，由用户预先设置在控制设备9内的预设温度ct1就到达的更快。

下面将基于图4的流程图描述根据本实施例的环境空气预冷操作模式的操作过程。

该操作通过用户按压开关“开始SW”(未图示)而开始。在步骤40，确定操作模式是本实施例的环境空气预冷操作模式，还是不执行环境空气预冷操作的常规模式(正常操作模式)。用户在控制设备9的显示单元9d的菜单界面上选择环境空气预冷操作模式和常规模式之间的切换设置，而且假定在存储单元9b内已经预先存储了一个结果。在常规模式的情形下，步骤跳转到步骤45时执行常规控制。在环境空气预冷操作模式下，在步骤41中，当从温度传感器13计算得到的转子3的温度不高于预设温度(由用户预先设置在控制设备9内的预设温度ct1)时，步骤跳转到步骤45并执行常规控制以加热转子腔7。当从温度传感器13计算得到的转子3的温度高于预设温度(由用户预先设置在控制设备9内的预设温度ct1)时，开始环境空气预冷操作。首先，在步骤42，保持在环境条件下，真空泵11保持在关闭状态。

然后，在步骤43，电压施加给珀耳帖元件12，碗状物10的温度降低，转子3被冷却。在步骤44，在开始环境空气预冷操作模式之后等待预定时间的经过。在预定时间经过之后，在步骤45，真空泵11启动，转子腔的内部被降压。在步骤46，电压施加到珀耳帖元件12，根据从温度传感器13计算得到的转子温度和预设温度(由用户预先设置在控制设备9内的预设温度ct1)的状态执行转子腔7的加热/冷却。在步骤47，启动电机4的旋转以驱动转子3旋转。在步骤48，等待转子腔7的内部达到预设真空度，当预设真空度还没达到时，在步骤49中备用地保持在低速旋转的状态。当转子腔7的内部已经达到预定真空度时，在步骤50，执行加速至由用户预先在控制设备9内配置的转速。在步骤51，当由用户预先设置在控制设备9内的操作时间已经经过时，该操作结束，速度降下来以停止转子3。

注意，在步骤44，利用基于室温、转子温度和由用户预先设置在控制设备9内的预设温度等的预定计算，可以改变等待预定时间经过的过程。而且，在步骤43，在电压施加到珀耳帖元件12时，电机4开始旋转，环境条件下的冷却开始执行，在真空泵11开始运行之后，转子3可以以比设定的转速“n”rpm更低的速度(这样的低速使风阻损失不会对转子3产生影响)旋转。如此，基于对流的热交换增加，更快地冷却转子3是可能的。而且，在环境条件下进行冷却期间，转子3的转速可以被设成可变的。

当根据本实施例的离心机1被用在用冷却器作为预先冷却转子3的装置的地方时，如果在步骤47中电机4没有开始旋转并在其停止时被冷却，那么转子3的冷却会变快并变得有效，因为电机4没有产生热量。

根据本实施例，可以获得以下效果。在操作开始之后，通过珀耳帖元件12的冷却首先执行，而不用操作真空泵11，在此之后，在转子3的温度下降到预设温度ct1之前(例如转子腔7内的水珠还未形成或者仅形成少量水珠的期间内)，真空泵11被操作，用于开始降压，并且并行执行由珀耳帖元件12执行的冷却和由真空泵11执行的降压。这样，相较于冷却和降压同时开始的情形能够缩短转子3和转子3内的样本的冷却时间，而且相较于在冷却到预设温度ct1已经完成之后再开始降压的情形可以抑制降压时间变长的状况。如此，就有可能更快地将转子3内的样本冷却到所需温度并分离它。冷却时间的缩短使得冷却能够被用冷却器的冷却来代替，而且用户的潜在需求很大。

如上所述，虽然已经以示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解的是，在权利要求书所记载的本发明的范围之内，可以对各实施例的每个要素和处理过程进行各种修改。

Claims (12)

1.一种离心机，包括：

转子，保持将被分离的样本；

转子腔，转子容纳于其中；

冷却单元，用于冷却转子；

驱动单元，用于旋转转子；

降压单元，用于给转子腔的内部降压；

温度传感器，检测转子腔或转子的温度；以及

控制单元，用于控制冷却单元、驱动单元和降压单元，

其特征在于，控制单元冷却转子腔的内部而不运行降压单元，直到由冷却单元执行的冷却开始后经过了预定时间，在预定时间经过之后，运行降压单元，并且并行于由冷却单元执行的冷却，给转子腔的内部降压。

2.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，控制单元在转子腔内出现水珠形成或结冰之前开始运行降压单元。

3.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，控制单元基于在操作部件上的选择能够执行同时启动由冷却单元执行的冷却以及由降压单元执行的降压的正常模式。

4.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述预定时间能够由用户预先设置。

5.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，在由冷却单元执行的冷却启动之后直到降压单元的运行被启动的期间，驱动单元以比降压单元的运行启动之后的配置转速更低的转速旋转转子。

6.根据权利要求5所述的离心机，其特征在于，在由冷却单元执行的冷却启动之后直到降压单元的运行被启动的期间，转速是可变的。

7.一种离心机，包括：

转子，保持将被分离的样本；

转子腔，转子容纳于其中；

冷却单元，用于冷却转子；

驱动单元，用于旋转转子；

降压单元，用于给转子腔的内部降压；

温度传感器，检测转子腔或转子的温度；以及

控制单元，用于控制冷却单元、驱动单元和降压单元，

其特征在于，控制单元冷却转子腔的内部而不运行降压单元，直到由冷却单元执行的冷却启动之后温度传感器检测到的温度达到预定值，在温度传感器检测到的温度达到预定值之后，运行降压单元，并且并行于由冷却单元执行的冷却，给转子腔的内部降压。

8.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，控制单元在转子腔内出现水珠形成或结冰之前开始运行降压单元。

9.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，控制单元基于在操作部件上的选择能够执行同时启动由冷却单元执行的冷却以及由降压单元执行的降压的正常模式。

10.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，所述预定值能够由用户预先设置。

11.根据权利要求7所述的离心机，其特征在于，在由冷却单元执行的冷却启动之后直到降压单元的运行被启动的期间，驱动单元以比降压单元的运行启动之后的配置转速更低的转速旋转转子。

12.根据权利要求11所述的离心机，其特征在于，在由冷却单元执行的冷却启动之后直到降压单元的运行被启动的期间，转速是可变的。