CN104069956A - 离心机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心机，该离心机包括：转子，其构造为可被旋转驱动；转子腔室，其容纳所述转子；以及保护器，其设置在所述转子腔室的外周，其中，所述保护器包括至少一块卷绕成重叠状态的金属板。

Description

离心机

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月27日提交的日本专利申请No.2013-067458和2013年3月28日提交的日本专利申请No.2013-067917的优先权，上述两个申请的全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明的各方面涉及具有作为高速旋转体的转子的离心机，更具体地，本发明的各方面涉及确保离心机的安全性。

背景技术

通常，在离心机中，转子保持含有待分离样品（例如，培养液或血液）的样品容器（例如，离心管或瓶）。离心机用于通过以下方式分离样品或者对样品提纯：在由门密封的转子腔室（旋转腔室）中通过例如电动机等驱动装置使转子高速旋转，从而将离心力施加在样品容器中的样品上。

转子的转速随着其应用的不同而不同。转子的最大转速通常在约几千rpm（转/分）的相对低速到150,000rpm的高速的范围内。因此，在通常提供的产品组中使用的转子的最大转速具有宽的范围。此外，将各种尺寸的离心机按照从小型离心机到大型离心机排成一排，能够一次分离的样品的容量具有从几十ml（毫升）的小容量到几L（升）的大容量的宽范围。

由于为了对样品进行快速分离则需要大离心力并且该大离心力也施加在转子上，因此相应地会在转子中产生内部应力（参见JP2005-349260A）。制造商已经设计出具有足够裕度的离心机，使得转子不会被内部应力等破坏。然而，在国际标准的IEC61010-2-020标准中，要求应当在预定条件下进行测试，以使离心机通过某些条件来确保安全性。在这方面，已经做出了许多关于保护转子免遭破坏的发明（例如，参见JP S50-56988、JP2001-104827A、JP2005-230744A、JP2005-305400A、JP2005-349260A）。

例如，如JP2005-305400A所示，离心机包括其内部有转子旋转的转子腔室，并且转子腔室周围通常缠绕有冷却管（有时，也不缠绕冷却管）。在缠绕有冷却管的离心机中，离心机通常具有这样的结构：在该结构中，冷却管周围缠绕有由绝缘材料形成的隔热层，在隔热层周围还设置有筒状保护器，并且在最外侧形成有箱形框架。在现有技术的离心机中，根据旋转动能而使用较厚的保护器，并且在转子遭受破坏时通过使保护器变形或旋转来吸收能量。在本文中，为了使因破坏的转子而变形的保护器能够在框架内沿转子的旋转方向移动并且防止框架因保护器的变形而发生变形，需要保证框架内侧具有大的空间，使得即使当保护器由于破坏的转子而变形并且沿旋转方向旋转时，保护器也不会与框架的内表面接触。同时，由于离心机（例如，在研究室或科学实验室中使用的离心机）在实验设备中相对较大，因此用户期望减小离心机的尺寸。特别是，由于离心机中的大型离心机比小型离心机占用更大的面积，因此尤其迫切需要减小离心机的尺寸。

发明内容

根据将使用的转子的尺寸确定转子腔室的尺寸，并且根据目标冷却程度大致确定围绕转子腔室的隔热层的所需厚度。因此，考虑到离心机的小型化，最优选的是保护器设置为直接包围隔热层的周围，但保护器的选择具有以下限制。尽管可以使用通常可从市场上获得的钢管作为厚保护器，但是因为钢管的尺寸是根据标准确定的，所以不易获得具有所需尺寸的钢管。特别是，随着钢管的尺寸变大，选择钢管尺寸的自由度会减少。在大型离心机中，由于需要大尺寸的钢管，因此减少了钢管尺寸的选择，并且用户很少获得具有所需尺寸的钢管。尽管能够以定制的方式制造具有所需尺寸的钢管，但是在这中情况下，必须一次性批量生产大量钢管，而这并不现实。

在没有所需尺寸的钢管的情况下，可以想到使用稍大尺寸的钢管。但在这种情况下，在保护器与隔热层之间会产生不必要的间隙，从而影响小型化。

最初，在用于离心机破坏性测试的保护系统中，一种有效的方法是使用厚保护器来接收破损转子的碎片并且确保保护器与框架之间的空间，使得变形的保护器与框架彼此不接触并且仅由保护器接收旋转力。然而，如上所述，大型离心机难以采用厚保护器，并且由于需要主体尺寸小型化，因此难以确保保护器与框架之间的空间。在这种情况下，为了符合IEC标准以确保安全性，需要不同于现有保护系统的新想法。

在考虑到上述问题中的至少一个问题的情况下，做出了本发明的各个方面。本发明的目的在于提供一种能够通过使用具有与转子腔室尺寸匹配的适当尺寸的廉价保护器来减小外形尺寸和制造成本的离心机。

本发明的另一目的在于提供一种在确保防止转子破坏的安全性的同时能够与现有技术相比减小尺寸的离心机。

根据本发明的一个方面，提供了一种离心机，包括：转子，其构造为可被旋转驱动；转子腔室，其容纳转子；以及保护器，其设置在转子腔室的外周，其中，保护器包括至少一块卷绕成重叠状态的金属板。

根据本发明的另一方面，提供了一种离心机，包括：转子，其构造为可被旋转驱动；转子腔室，其容纳转子；保护器，其设置在转子腔室的外周；以及框架，其至少包围保护器的外周，其中，保护器与框架在至少一个位置处彼此接合。

同时，作为本发明的各个方面，上述组件的任意组合以及本发明所转化成的方法或系统也是有效的。

根据本发明的一个方面，能够以低成本制造具有适当尺寸的保护器，而这种保护器通常不能以钢管的形式在市场上获得。因此，能够基于IEC标准确保安全性，而不增大具有小型化需求的离心机（特别是大型离心机）的外形尺寸。

根据本发明的另一方面，能够在确保防止转子破坏的安全性的同时，实现与现有技术相比的小型化。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的离心机的侧面截面图；

图2（图2A和图2B）是根据本发明第一实施例的由一块钢板构成的保护器的平面截面图；

图3是根据本发明第二实施例的由三块钢板构成的保护器的平面截面图；

图4是图3所示的保护器的分解透视图；

图5是根据本发明第三实施例的由四块钢板构成的保护器的平面截面图；

图6是根据本发明第四实施例的离心机的侧面截面图；

图7是沿图6所示的线A-A截取的截面图；

图8是示出根据本发明第四实施例的正遭受破坏的离心机的变形的示意图，该示意图所示的截面图与图7所示的截面图相同；

图9是示出根据本发明的比较例的正遭受破坏的离心机接合部的变形的示意图（其省略了图7中所示的接合部230所呈现的接合），该示意图所示的截面图与图7所示的截面图相同；以及

图10是示出根据本发明另一实施例的离心机的截面图，该截面图与图7所示的截面图相同。

具体实施方式

<第一实施例>

在下文中，将参考附图对本发明的优选实施例进行说明。相同的附图标记表示附图中示出的相同或等同的元件、部件和处理，并且将适当地省略对它们的重复描述。此外，各实施例仅仅作为实例，而非用于限制本发明。实施例中所描述的所有特征以及特征的组合对本发明而言不是必要的要素。

图1示出根据本发明第一实施例的示意性结构，并且图1是从离心机（离心分离器）100的侧面观察时的侧面截面图。用于容纳待离心样品并且使样品高速旋转的转子1与电动机20的输出轴相连。电动机20经由减震器11固定在作为框架一部分的电动机基座8上。在转子1周围由碗形物3形成转子腔室2，碗形物3由诸如不锈钢等不易生锈的材料制成，并且在碗形物3周围环绕有用于冷却转子腔室2的冷却管4，从而防止因转子1的旋转造成温度升高。冷却管4周围还具有由泡沫材料制成的隔热层5，并且在隔热层5的外侧设置有保护器6。此外，控制电动机20操作的控制单元19也位于保护器6附近。框架通常由金属板等形成，并且由外侧的外框架7、电动机基座8、后板9、前板10等组合形成，这些部件的整体被称为框架。在外框架7的底部表面上设置有支腿15。

在框架的下部（电动机基座8的下侧）容纳有使用冷却管4进行冷却操作的压缩机12、冷凝器13以及风扇14。

在转子腔室2的上部开口附近设置有门密封件16，并且上部开口还可以利用门17进行打开和关闭，通过上部开口可以放入或取出安装在转子1中的样品。在框架的上表面上设置有操作显示单元18。

由于本实施例的特征在于保护器6的结构，因此下面将对保护器6的细节进行说明。如上所述，如果增大转子腔室2的外径，则在一些情况下，在市场上可能得不到具有适当尺寸的钢管。因此，在本实施例中，通过将钢板卷绕成任意尺寸而形成钢管并且将钢管用作保护器6。然而，在卷绕钢板的情况中，过厚的钢板不能被卷绕。如果将钢板卷绕成单层，则存在这样的问题：保护器6的厚度变得很薄，并且在对转子进行破坏性测试时，会相应地增大保护器6的变形量。如果在保护器6与框架之间保证间隙来满足这样的情况，则结果会存在增加离心机外形尺寸的问题。因此，在本实施例中，如图2A或图2B所示，将一块钢板30卷绕成重叠状态，使得钢板30在保护器6的整个圆周上叠成2层或更多层。利用内焊接部30a和外焊接部30b将钢板30焊接以保持管的形状。顺便提及，可以沿保护器6的高度方向在保护器6的整个长度上间歇性地或连续地形成内焊接部30a和外焊接部30b。上述方式还可以应用于其它实施例。

如JP2005-305400A的图3所示，由于转子1在离心机的常规破坏性测试中破坏成两部分并且转子的碎片沿180度的方向飞出，因此在焊接点分散设置的情况下，优选以这样一种方式设置焊接部：焊接部避免沿保护器的圆周方向设置在相同的位置处并且避免沿保护器的圆周方向设置为彼此相对。在图2A所示的实例中，在被破坏的转子1沿箭头A的方向飞出的情况下，存在这样一种可能性：在圆周位置上彼此重叠的焊接部30a和焊接部30b被破坏，从而相应地保护器的强度降低并且保护器的变形增大。因此，在通过重复卷绕钢板30以使其各层重叠来制造保护器6的情况下，如图2B所示，优选将焊接部30a、30b设置成：避免沿圆周方向设置在相同的位置处并且避免沿圆周方向设置为彼此相对，使得各焊接部不重叠。在图2B的情况下，焊接部30a、30b沿圆周方向错开90度。

根据本实施例，能够达到以下效果。

（1）通过将钢板30重复卷绕成重叠状态来形成保护器6，能够以较低的成本获得具有适当尺寸的保护器6来匹配转子腔室2的尺寸。因此，能够减小离心机的外形尺寸并且降低离心机的成本。

（2）通过钢板30在保护器6的整个圆周上卷绕成两层或更多层的结构，能够确保所需的厚度。因此，能够在转子破坏性测试期间减少保护器6的变形，并且相应地能够减小框架与保护器6之间的间隙，从而有助于离心机的小型化。

（3）如图2B所示，在保护器6的焊接部30a、30b设置成避免沿保护器的圆周方向设置在相同的位置处并且避免沿保护器的圆周方向设置为彼此相对的情况下，能够减少由转子1的碰撞对焊接部造成的损伤，并且在这方面中，能够减少保护器6的变形。

<第二实施例>

图3和图4示出根据本发明第二实施例的保护器6。在这种情况下，通过将三块钢板40、41、42卷绕成彼此重叠来形成保护器6。在多块钢板卷绕成彼此重叠的情况中，第一块最内层钢板被焊接成环形管形状，然后，在由此形成的环形钢板周围卷绕第一块钢板之后的剩余钢板，并且将间隙部与内侧钢板焊接在一起。此时，通过使焊接部的位置彼此不一致来降低在焊接部被破坏时出现的风险。即，在图3和图4的情况下，内侧层钢板40卷绕成环形形状，然后在焊接部40a处焊接，中间层钢板41卷绕在钢板40的外侧使得彼此重叠，然后在焊接部41a处焊接在内层钢板40上。此外，外侧层钢板42卷绕在钢板41的外侧，并且在焊接部42a处焊接在中间层钢板41上，从而形成整个筒状钢管。

在第二实施例中，以分散的形式布置焊接部40、41和42的焊接点。因此，例如，即使在被破坏的转子沿方向B飞出并且沿方向B设置的焊接部40a被破坏的情况下，也可以通过沿其它两个方向设置的焊接部41a、42a来保持保护器的强度。如上所述，由于转子1在离心机的破坏性测试中破坏成两部分并且转子的碎片沿180度的方向飞出，因此在焊接点设置为分散形状的情况下，避免焊接点沿圆周方向设置在相同的位置处并且避免焊接点沿圆周方向设置为彼此相对。在图3中，焊接点彼此错开60度，因此，即使转子沿任何方向飞出，也能够保持比预定强度大的某种强度。此外，通过重叠多块钢板，能够增大保护器的强度。

因此，根据第二实施例，通过将多块钢板卷绕成重叠状态并且分散在用钢板制造保护器时出现的焊接点，能够保持保护器6的平均强度并减少保护器的变形。

<第三实施例>

图5示出根据本发明第三实施例的保护器6，并且示出四块钢板50、51、52、53卷绕成重叠状态的情况。焊接部50a、51a、52a、53a沿圆周方向以45度的间隔设置，因此，不管被破坏转子的飞出方向如何，都能保持高于某种水平的强度。此时，考虑到转子沿180度的方向飞出，例如，沿C方向设置的焊接部50a可以大致设置在其对面的C’方向上。

如上所述，在n块钢板卷绕成彼此重叠的情况中，焊接点的位置彼此错开（180/n）度或（180/n+180）度，并且因此相对于转子的破坏使各个焊接点最平均地分布。

根据第三实施例，通过增加重叠状态的钢板的数量并且使焊接点错开，能够进一步提高保护器的强度，从而减少保护器的变形。

如上所述，已经参照本发明的第一实施例至第三实施例对本发明的一个方面进行了详细的说明。然而，应理解的是，在所要求发明的范围内，本领域技术人员可以对每个组件或每个处理做出各种改变或修改。下面将对第一实施例至第三实施例的修改形式进行说明。

用于形成保护器6的金属板不限于钢板，也可以根据应用使用铁、铁合金、铝合金等。

<第四实施例>

图6是根据本发明第四实施例的离心机(离心分离器)200的侧面截面图。图7是沿图6中所示的线A-A截取的截面图。转子201在对容纳有待离心样品（未示出）的样品容器（离心管或瓶等）进行保持的同时高速旋转，转子201与电动机220的输出轴相连，电动机220经由减震器211固定在作为框架一部分的电动机基座208上。在转子201周围由碗形物203形成转子腔室202，碗形物203由诸如不锈钢等不易生锈的材料制成。在转子腔室202的上部开口附近设置有与框架相连的门密封件216，并且上部开口还可以利用门217进行打开和关闭，通过上部开口可以放入或取出安装在转子201中的样品。

在碗形物203周围环绕有用于冷却转子腔室202的冷却管204，从而防止因转子201的旋转造成温度升高。冷却管204周围还具有由泡沫材料制成的隔热层205，并且在隔热层205的外侧设置有保护器206。此外，控制电动机220操作的控制单元219也位于保护器206附近。框架通常由金属板等形成，并且由外侧的外框架207、电动机基座208、后板209、前板210等组合形成，这些部件的整体被称为框架。在外框架207的底部表面上设置有支腿215。在框架的下部（电动机基座208的下侧）容纳有使用冷却管204进行冷却操作的压缩机212、冷凝器213以及风扇214。在框架的上表面上设置有操作显示单元218。

另一方面，由于离心机的离心分离的操作或离心机的结构是已知的，因此省略相关的额外说明。在下文中，将根据实施例对防止转子201破坏的安全性进行说明。

如图7所示，大致筒状的保护器206被呈矩形（大致为正方形）的外框架207和后板209包围。当从上方观察时，保护器206的外周面、外框架207的内表面以及后板209的保护器206侧的表面（下文中称为“框架内表面”）在总共四个位置处彼此邻接，四个位置的每个位置均通过焊接方式等接合并且用接合部230表示。可以沿保护器206的高度方向在保护器206的整个长度上间歇性地或连续地进行接合部230的接合。位于四个位置的接合部230围绕着转子201的轴线以大约90度间隔设置。即使没有焊接，也可以通过螺纹连接或铆接进行接合部230的接合。

图8是示出根据本发明实施例的遭受破坏的离心机的变形的示意图，该示意图所示的截面图与图7所示的截面图相同。图9是示出根据本发明的比较例的遭受破坏的离心机的变形的示意图（其省略了图7中所示的接合部230所呈现的接合），该示意图所示的截面图与图7所示的截面图相同。然而，在图8和图9中省略了转子201、碗形物203、隔热层205等。

如JP2005-305400A的图3等所示，通过将转子201破坏成两部分来进行离心机的破坏性测试。在离心机的破坏性测试中，破坏成两部分的转子1的碎片分别沿相反的180度方向飞出。因此，图8和图9是示出在转子201沿附图中的水平方向飞出时诸如保护器206、外框架207和后板209等框架的变形的示意图。

由于不能使用市售钢管（因为没有具有所需尺寸的钢管作为保护器），因此如果诸如钢板等金属板通过卷绕而用作保护器，那么保护器206不可避免地会变薄。因此，在图9所示的比较例的结构中，由于仅保护器206接收转子201的破坏力，因此保护器206的变形（沿水平方向的扩张）的量会变大，这样框架仅沿一个方向变形，从而甚至会导致对控制单元219等造成损伤。这在破坏性测试之后会引起绝缘耐压失效。此外，在图9的比较例的结构中，由于保护器206未固定在框架上，因此已经发生较大变形的保护器206在框架内旋转。此时，存在这样一种可能性：框架中的组件被破坏，由此增加不能通过测试的可能性。与此相反，在图8所示的实施例的结构中，破坏力可以被分担，使得框架也能够接收破坏转子201的力（保护器206的变形）。即，在图8所示的实施例的结构中，由于使保护器206沿水平方向扩张的一部分力被外框架207的沿附图竖直方向凹进弯曲的两侧吸收，因此与图9所示的比较例的结构相比，能够抑制保护器206的变形（沿水平方向的扩张），由此能够减少对保护器206的外围部件（控制单元219等）的损伤，并且还能够降低不能通过测试的可能性。

根据第四实施例，能够达到以下效果。

（1）通过保护器206与框架接合并且相应地因转子201的破坏而产生的能量被框架和保护器206有效吸收的新结构，能够抑制保护器206的变形，由此能够减少对保护器206的外围部件（控制单元219等）的损伤。

（2）由于保护器206与框架在接合部230的四个位置处接合，因此即使破损的转子201沿任何方向飞出，也能够通过框架来抑制保护器206的变形。

（3）由于用通过卷绕诸如钢板等金属板形成的薄保护器206也能保证防止转子201破坏的安全性，因此即使无法获得适当尺寸的钢管，也能够提供包围在隔热层外周附近的保护器206，由此有利于小型化为用户需要的尺寸。

（4）与保留一定的空间以使变形的保护器不会与框架接触的现有技术的结构相比，由于保护器206的外周面与框架的内表面彼此接触，因此有利于小型化为用户需要的尺寸。

在上文中，已经参考第四实施例对本发明进行了说明，但应理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，本领域技术人员可以对实施例的每个元件或每个处理做出各种改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同内容限定。在下文中，这些改变将被描述为实例。

可以在少于四个位置的位置处形成保护器206与框架之间的接合部230。考虑到框架吸收破坏力的量级或者破坏力能够在所有方向上被框架有效地吸收，因此在实施例中，优选的是在四个位置或四个以上位置设置接合部230。然而，与图9所示的比较例的结构相比，即使在一个位置存在接合部230，也能够增加防止转子201破坏的安全性。

保护器206与框架不必需要直接相互接触。此外，如图10所示，保护器206与框架可以通过插在框架与保护器206之间的接合部件221（板）间接地接合。即，只需要通过框架来最终支撑如图8所示的被破坏的保护器206的变形。

即使在冷却管204未缠绕在碗形物203上的离心机中，根据本实施例的保护器206与框架接合在一起的技术也是有效的。此外，即使在使用市售钢管作为保护器206的情况下，根据本实施例的技术也是同样有效的。

本发明提供了如下示例性的、非限制性的方面：

（1）在第一方面中，提供了一种离心机，包括：转子，其构造为可被旋转驱动；转子腔室，其容纳转子；以及保护器，其设置在转子腔室的外周，其中，保护器包括至少一块卷绕成重叠状态的金属板。

（2）在第二方面中，提供了根据第一方面所述的离心机，其中，至少一块金属板在保护器的整个圆周上卷绕为两层或更多层。

（3）在第三方面中，提供了根据第一方面或第二方面所述的离心机，其中，至少一块金属板被焊接在焊接部，该焊接部避免沿保护器的圆周方向设置在相同的位置处并且避免沿保护器的圆周方向设置为彼此相对。

（4）在第四方面中，提供了根据第一方面或第二方面所述的离心机，其中，n块金属板被卷绕成重叠状态，并且金属板的焊接部设置为彼此错开（180/n）度或（180/n+180）度。

（5）在第五方面中，提供了一种离心机，包括：转子，其构造为可被旋转驱动；转子腔室，其容纳转子；保护器，其设置在转子腔室的外周；以及框架，其至少包围保护器的外周，其中，保护器与框架在至少一个位置处彼此接合。

（6）在第六方面中，提供了根据第五方面所述的离心机，其中，保护器与框架在至少四个位置处彼此接合，并且位于四个位置的接合部围绕转子的轴线以90度间隔设置。

（7）在第七方面中，提供了根据第五方面或第六方面所述的离心机，其中，保护器大致呈圆筒形状，并且呈矩形形状的框架包围保护器的外周。

（8）在第八方面中，提供了根据第五方面至第七方面中任一方面所述的离心机，其中，在保护器的外侧设置有控制单元，并且框架包括将控制单元与保护器彼此隔开的板。

（9）在第九方面中，提供了根据第五方面至第八方面中任一方面所述的离心机，其中，转子周围缠绕有冷却管，冷却管周围设置有隔热层，并且保护器包围隔热层的外周以使保护器邻接隔热层。

同时，作为本发明的各个方面，上述组件的任意组合以及本发明所转化成的方法或系统也是有效的。

Claims (9)

1.一种离心机，包括：

转子，其构造为可被旋转驱动；

转子腔室，其容纳所述转子；以及

保护器，其设置在所述转子腔室的外周，

其中，所述保护器包括至少一块卷绕成重叠状态的金属板。

2.根据权利要求1所述的离心机，其中，

所述至少一块金属板在所述保护器的整个圆周上卷绕为两层或更多层。

3.根据权利要求1或2所述的离心机，其中，

所述至少一块金属板被焊接在焊接部，所述焊接部避免沿所述保护器的圆周方向设置在相同的位置处并且避免沿所述保护器的所述圆周方向设置为彼此相对。

4.根据权利要求1或2所述的离心机，其中，

n块金属板被卷绕成所述重叠状态，并且

所述金属板的焊接部设置为彼此错开（180/n）度或（180/n+180）度。

5.一种离心机，包括：

转子，其构造为可被旋转驱动；

转子腔室，其容纳所述转子；

保护器，其设置在所述转子腔室的外周；以及

框架，其至少包围所述保护器的外周，

其中，所述保护器与所述框架在至少一个位置处彼此接合。

6.根据权利要求5所述的离心机，其中，

所述保护器与所述框架在至少四个位置处彼此接合，并且位于所述四个位置的接合部围绕所述转子的轴线以90度间隔设置。

7.根据权利要求5或6所述的离心机，其中，

所述保护器大致呈圆筒形状，并且

呈矩形形状的所述框架包围所述保护器的外周。

8.根据权利要求5或6所述的离心机，其中，

在所述保护器的外侧设置有控制单元，并且

所述框架包括将所述控制单元与所述保护器彼此隔开的板。

9.根据权利要求5或6所述的离心机，其中，

所述转子周围缠绕有冷却管，

所述冷却管周围设置有隔热层，并且

所述保护器包围所述隔热层的外周以使所述保护器邻接所述隔热层。