CN106475237B - 离心机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心机(10)，包括：机壳(12)，转子(32)，安全舱(26)，位于所述安全舱(26)内用于支撑所述转子(26)并延伸穿过所述安全舱(26)的驱动轴(37)，用于限制所述机壳(12)的内部空间(24)的离心机顶盖(16)，所述安全舱(26)位于所述内部空间(24)内，气体冷却剂通过吸入口(20)进入并流经所述内部空间(24)，从而被横向地引导流经所述安全舱(26)并且至少部分气体冷却剂通过所述转子(32)流经驱动机(36)，并通过出口(46)横向流出机壳(12)的内部空间(24)。其特征在于，设置了一个供气体冷却剂流经的至少部分环绕着安全舱(26)并且由安全舱(26)构成的通道(41)，并设置了至少一个径向设置的引流道(40)。

Description

离心机

技术领域

本发明涉及一种离心机，该离心机的种类如根据权利要求1的前序部分所述。

背景技术

在离心机中，特别对于实验室用离心机，通常情况下，离心样品材料对温度很敏感，通常离心温度不能超过一定的温度，。例如，离心材料为生物材料时，离心温度不能超过37℃，否则将会造成生物材料特性的改变。

操作离心机时，转子和离心机内部空间内的空气摩擦会产生热量，热量可以通过间接手段冷却。如果要求样品温度低于环境温度，则需要安装冷却设备并通过冷却剂吸取安全舱外部的热量，如果样品温度可以高于环境温度，例如37℃，通常将环境空气引入离心机散热。为此，将电扇设置于离心机壳体内，并对准传热表面，例如安全舱外部来散热。然而，这种设置需要大量气流来散热，会增加技术难度并且产生大量噪音。因此，间接冷却主要适用于具有较低的驱动性能的离心机。

大型离心机通常没有冷却设施，采用直接冷却。例如型号为JP 2008284517 A或者JP 2008-307219 A的离心机，环境空气通过凹槽吸入离心机盖。离心机运行时设置在安全舱内的转子起到类似扇风机风轮的作用。转子的转动轴区域产生了负压，空气从转子上方被吸入，和流动的空气进行替换，并流入离心机内部空间中，从而环绕安全舱和设置在安全舱下方的驱动机流动，并且通过开设在离心机后侧的开口从内部空间中流出。

这种技术方案经济简单，但是会产生较大噪音。因为空气在机壳内不定向地流动，产生气流边界层分离现象，且气流通过最短的路径和最小的阻力流出机壳，这样从空气进入离心机内到空气无阻碍地流出离心机的过程中或者在产生气体边界层分离现象时都会在离心机内产生噪音。此外，气流并没有被强制性地分布离心机的内部空间中，特别没有针对性地分布在安全舱的位置，因此，不能保证安全舱和驱动机的均匀地散热。

DE10355179A1和DE10316179 A1公开了一种气体冷却方式的离心机，气体通过顶盖被吸入，在离心机机壳内的通道内分散。这样设置的通道是为了使安全舱外的空气垂直从上往下分散。

然而，这种技术方案的缺陷在于，空气只在安全舱外小部分区域流通，导致热量难以散发，并且在安全舱附近的气流偏转角接近90℃，导致噪音的产生。

本发明的目的在于进一步研发一种离心机，可以避免以上提到的技术缺陷，离心机机壳内的安全舱和驱动机的热量能有效地均匀地被发散，特别是可以降低噪音。

上述目的通过权利要求1特征部分的技术特征结合前序部分的特征得以实现。

本发明的有益效果呈现于从权中。

发明内容

本发明是基于冷却介质可以通过设置引流道的方式导流入目标导热区域的理论，这样通过将安全舱的外表面额外地作为传热表面，气流随着恒定的冷却效果减少，离心机产生的声音相应减小。

本发明中，设置了用于气体冷却剂的通道，至少部分呈螺旋形地环绕着安全舱并且至少形成一条引流道，用于区域性地在径向和轴向上限制通道，从而引导气体冷却剂环绕安全舱有导向性地流动。冷却剂在吸入口的湍流中不断被吸入，进入层流，显著降低了噪声。此外，冷却剂在安全舱外壁受控流动时流经安全舱外壁的面积比其不定向流动的情况下的面积大，确保了离心机更有效的冷却效果。这种离心机适合在较小空间或者直接接近操作者的情况下使用。

优选地，所述通道延伸至所述安全舱底部，在较小的结构高度上，所述引流道在所述安全舱区域设置为多条通道，尤其是设置为直坡。

优选地，所述吸入口设置在所述离心机顶盖上使冷却剂轴向进入内部空间。这种方式中，吸入式开口和环境空气的供给在结构上通过一种简单的方式成为所述离心机内的一个整体，可以节省费用。

在一个具体实施方式中，优选地把所述吸式开口设置在所述转子下方，增加了设计选择，尤其是外部空气供给形式。

优选地，所述引流道相对于所述机壳的形成一个独立的部件。从而可以用多种具有经济效益的材料生产所述引流道安装在所述离心机内来满足不同的需要。这样冷却所述安全舱的费用有效减少。

优选地，所述引流道和所述机壳可拆卸性连接。可以简化修理和维护或者需要的有不同结构的时候替换引流道的过程。

优选地，所述引流道的横截面呈U形、半圆形或V形。这样所述通道中的流动阻力最小化，并且冷却剂更快地平稳，从而减低噪音。

若所述引流道设置在所述安全舱上，这样散热会尤其有效。如果所述引流道是由导电材料制作，则所述引流道还具有冷却元件的效果。所述引流道进一步增加散热面积。

优选地，所述引流道，特别是插入所述机壳的部分抵持在所述安全舱上。冷却剂流入各侧面均为所述安全舱和所述引流道构成的边界所限制的所述通道中。这样冷却剂的流动能更好地控制，并且冷却剂直接流经待冷却的、由金属制造具有良好导热性的所述安全舱。此外，如果所述引流道设计合理，安装也很便利，尤其是当所述引流道构成所述插入机壳的部分。所述引流道在所述安全舱区域形成一条在所述机壳内至少部分地螺旋向下，即与所述转子轴形成倾斜角并保持一定距离的通道，这样冷却剂几乎可以绕整个所述安全舱的外表面流动，进一步提高冷却效率。

特别地，所述引流道在所述安全舱区域呈螺旋状设计为一条或者多条，轨道倾角保持不变或者增加。因此，冷却剂经过较远距离流动后平静稳定，进一步减小所述离心机的噪音。

根据本发明的另一个方面，可以通过设置所述引流道的倾斜角和表面设计以及所述通道的横截面，以使冷却剂在所述通道内形成层流。这样使得冷却剂的流路被延长，摩擦阻力增加，冷却液的速度得以降低。从而达到降噪的目的。

在一个优选实施例中，所述引流道在至少在所述安全舱的区域形成横截面放大的通道。由于所述通道的横截面积沿着所述出口方向不断增加，导致流动速度减小，因此这种设计同样减小噪音，并且使所述离心机更易操作。

在一个优选的实施例中，所述引流道通过至少一个插入机壳内部的模制品形成。使所述引流道灵活易插入且容易更换，使安装更便利。

优选地，所述模制品由泡沫，如PUR，EPP，EPE或EPS制造。所述模制品可以按照需要设计成各种形状，并且可以具有消声特性，具有弹性而且相对经济。

除了以上描述的通过降低流动速度来减小噪声，也可以通过用所述模制品对发出噪音组件如转子和驱动机进行包装来降低噪音。尤其是所述引流道螺旋形包围所述安全舱，所述模制品充当噪音消声器。开始于所述离心机内部或由所述通道内冷却剂的流动以及所述安全舱外部反射的声波被所述模制品从所述通道的上部、下部和外部直接吸收。

根据本发明的另一个方面，所述安全舱以夹持连接形式与所述模制品相连，这样其他用于安装或固定所述安全舱的元件可以省略。所述模制品和所述机壳嵌入支撑所述安全舱，从而节省所述离心机的生产和维护费用。将有弹性的所述模制品夹在所述机壳和所述安全舱中可以防止组件由于摇晃剧烈产生噪音，进一步的，所述模制品快速插入所述机壳，尤其是所述模制品部分以夹持的方式与所述安全舱抵接，所述安全舱横向封闭所述通道防止短路回流。

优选地，所述出口的横截面积至少为所述通道最小横截面积的150％，根据实践发现，所述出口区域的流速减少，可以防止噪声扩散。

优选地，从轴向看所述出口轴向设置在冷却剂最深处。所述引流道从所述液流最深处向上到所述出口设置使冷却剂再次轴向流动，以防止所述驱动机产生的噪音扩散到外部，进一步降低所述离心机的噪音。

进一步地，优选地，所述出口设置在用于所述转子的所述驱动机的所述驱动轴上。以上描述的噪声隔绝效果也与所述驱动机相关，这样设置可以有效降低噪声扩散。

下面将结合附图中所示的实施例，对本发明的进一步的有益效果，技术特征和应用选择进行描述。

说明书、权利要求书和附图中术语和相关的参考符号将在下述的参考符号列表中列出。

附图说明

图1为本发明离心机的截面图；

图2为图1中离心机主视图的剖视图；

图3为上述附图中离心机的部分侧视截面图；

图4为模制品的拆分设计下的透视图；和

图5为图2附带气流原理说明的离心机主视图剖视图。

具体实施方式

图1展示了本发明中离心机10的截面图，其中，从左侧看时，离心机的前侧面VS朝向左侧，离心机的后侧面RS朝向右侧。图2和3从不同视角展示了离心机10。

一种离心机10，包括机壳12。在机壳12上设置有顶盖16，用于限制离心机10内部空间24。驱动机36设置在内部空间24内，用于驱动可旋转地安装在所述驱动机36上的驱动轴37上的转子32。所述转子32被对称且可旋转的安全舱26包围，以使得意外碰撞对离心机10的损伤以及内部空间24样品破裂对环境造成的污染最小化。

安全舱26设置在围绕在驱动机36的电机壳36a上。转子32、安全舱26、驱动轴37和驱动机36都与转子轴R同轴安装。

安全容器26和电机壳36a之间设置了波纹管34，以消除操作过程中产生的耦合振动。此外，波纹管34用于密封在安全舱26内通过将驱动轴37从下接合安全舱26形成的凹槽27。

模制品38设置在离心机10的内部空间24内。所述模制品从相通区域的各个面与部分机壳12抵接。在安全舱26区域内，设置模制品38的内径使模制品38抵接舱内壁，通道41相对转子轴R螺旋设置环绕安全舱26。通道41被模制品38的引流道40限定了部分区域。引流道40横截面形状为U形，通道41呈放射状设置在模制品38的引流道40之外、安全舱舱壁28之内。模制品38从设置有处于关闭状态的顶盖16的机壳12的后壁12a较低面部分延伸到机壳底座12b。模制品38完全环绕在安全舱26外，并且设置成两部分便于插入快速机壳并与安全舱以夹持形式连接。安全舱26包含在模制品38内，从而使通道41被密封在安全舱26的侧壁上。

引流道40安装在模制品38内，通道41环绕着安全舱26。安全舱之下的放射状横截面逐渐减小，直到引流道40最终变成模制品38的柱状内廓39。内廓39的直径接近安全舱26的直径，因此模制品38和电机壳36a以及安全舱26有一定距离。

朝后侧RS开设的凹槽42被引入内廓39，并设置有出口通道44。出口通道44从开口42被引入，第一底部44a和转子轴R垂直，和旋转轴R平行，第二底部44b和机壳后壁12a相邻，直到低于波纹管34。出口通道44作为排水孔被引入机壳后壁12a。

离心机10的顶盖16包括顶凸壁16a，底层壁16b和四面侧壁16c。一个吸入口18朝向离心机10的后壁RS被引入侧壁16c。一个吸入口20以同样的方式设置在底层壁16b上，当顶盖16关闭时，吸入口20与转子轴R同轴。一个吸入通道19和吸入口18和20相连设置在顶盖内部。

开口14设置在机壳12的顶壁12b的顶盖16上，与转子轴R同轴，其直径比转子32的直径大，这样转子32容易安装和拆卸，便于转子32的更换与维护。

围绕着吸入口20的引流区域22设置在顶盖16的底层壁16b上，当顶盖16关闭时引流区域和机壳12的开口14相连。从转子轴R看，当液流侧面朝向转子放射状倾斜向下时，引流区域22通过侧面朝向吸入通道19的底层壁16b终止液流。引流区域22形成了朝向转子32的侧面的控制面22a。

空气从吸入口18吸入，从而进入吸入通道19，并通过吸入口20流入离心机10的内部空间24。当部分流入的空气轴向流向位于吸入口20下方的转子32时，更多的空气沿着控制面22a流向舱壁28，这样空气进入后以相对平稳的方式分散在安全舱内。

与扇风机风轮相比，转子32在运行中的转动在其上方区域产生负压，会导致更多的空气通过顶盖16上的吸入通道19被吸入。内部空气和从转子32上方不断进入的空气进行替换，并螺旋状移动，通过舱壁28和机壳12上控制面22a的边缘22b之间的缝隙30流入引流道40。引流道40呈双螺旋状，左边螺旋线以坡度为100mm绕着转子32逆时针旋转。空气被均匀引入通道而不会产生气流边界层分离，不断湍流流入离心机10的空气都转换成平流。

在安全舱26下面，空气流出引流道40并流进边界由模制品38的圆柱内廓39限定而成的内部空间24的区域，内部空间内设置有驱动机36。在经过出口通道44流出出口46离开离心机10之前，空气环绕电机壳36a流动。通过螺旋状引流道40，保持冷却空气环绕着边界由模制品38的圆柱内廓39在内部空间24的区域循环流动。因此，电机壳36a圆周方向设置提高了冷却效率。

也可以不设置出口通道44的第二底部44b，将第一底部连接到机壳12，并设置出口46来排出离心机10内的空气。然而，第二底部44和关于第一底部44a错开分布的出口的设置可以加强噪声消除。驱动机和离心机10内转子32转动的声波通过出口通道44直线型的设置能够更好地被模制品38吸收。

如图1-3所示的具体实施案例中，假设了其所需的是相对较低的制冷效果，因此环境空气可以充当冷却媒介。

在本发明中，所述制冷空气可以早期进入吸入口18之间先被冷却，或者用二氧化碳或氮气充当制冷剂。根据应用领域，所述空气能在进入吸口18之前即被冷却，或选择二氧化碳或氮气作为冷却剂。

图4所示为模制品38分为两个不对称部分的透视图，模制品38的后侧一般为后半部38a，前侧一半为前半部38b。这种分开设计有利于将模制品38引入和安装在离心机10的机壳12内。这样，模制品38形成了机壳插入物。

为了更好的消声效果，模制品38由泡沫，如PUR制造，其它合适的泡沫材料，如EPP，EPE或EPS也可以用于制造。

可以从这里看出引流道40的螺旋状设计。

图5为图2附带气流原理说明的离心机主视图截面图。

用于冷却的空气从外部通过吸入口18(此图中未标明)进入安装在顶盖16内的吸入通道19。气流通过吸入口20进入安全舱26，分散在转子32和设置在顶盖16下方的控制面22a区域之间。气流围绕转子32流动时吸收热量，然后通过缝隙30进入引流道40。

空气在围绕安全舱26螺旋设置的引流道40内平稳下来，由于均匀的槽道形状和恒定的坡度渐渐转化成平流。在这个情况下，空气通过舱壁28吸收热量。

根据安全舱26周角的位置，空气流入引流道40，经过约0.5-2次围绕着安全舱26的转动之后，空气进入位于安全舱26下面的离心机10的内部空间24的引流道40内，在这里，气流环绕驱动机36的电机壳36a运动，继续吸收热量。

最后，气流进入出口通道44的如上所述的与转子轴R垂直的第一底部44a，再进入与转子轴R平行的第二底部44b(此图中未标明)。散热空气通过出口46(图5中未标明)排出离心机10。

引用标号表

10 离心机

12 机壳

12a 机壳后壁

14 开口

16 顶盖

16a 顶凸壁

16b 底层壁

16c 侧壁

18 吸入口

19 吸入通道

20 吸入口

22 引流区域

22a 控制面

22b 边缘

24 内部空间

26 安全舱

27 凹槽

28 舱壁

30 缝隙

32 转子

34 波纹管

36 驱动机

36a 电机壳

37 驱动轴

38 模制品

38a， b模制品前半部，模制品后半部

40 引流道

41 通道

42 凹槽

44 出口通道

44a 第一底部

44b 第二底部

46 出口

R 转子轴

VS 前侧

RS 后侧

Claims (13)

1.一种离心机(10)，包括：机壳(12)，转子(32)，安全舱(26)，位于所述安全舱(26)内用于支撑所述转子(32)并延伸穿过所述安全舱(26)的驱动轴(37)，用于限制所述机壳(12)的内部空间(24)的离心机顶盖(16)，其中，所述安全舱(26)位于所述内部空间(24)内，气体冷却剂通过吸入口(20)进入并流经所述内部空间(24)，从而被横向地引导流经所述安全舱(26)并且至少部分所述气体冷却剂通过所述转子(32)流经驱动机(36)，并通过出口(46)横向地流出机壳(12)的内部空间(24)；其特征在于，设置了一个供气体冷却剂流经的通道(41)，所述通道(41)至少在子区域中以螺旋方式环绕着所述安全舱(26)，并设置了至少一个在径向和轴向上区域性限制所述通道(41)的引流道(40)，从而引导气体冷却剂在所述安全舱(26)区域有方向性地环绕所述安全舱(26)流动；

所述引流道(40)至少通过模制品(38)形成，所述安全舱(26)以夹持形式与所述模制品(38)相连，且由一个所述模制品(38)夹持所述安全舱(26)或者由多个所述模制品(38)夹持所述安全舱(26)。

2.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述通道(41)延伸至低于所述安全舱(26)的位置。

3.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)在所述安全舱(26)区域设置为多条通道。

4.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)设置为与所述机壳(12)相分离的组成部分。

5.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)和所述机壳(12)可拆卸性连接。

6.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)的横截面呈U形、半圆形或V形。

7.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)设置在所述安全舱(26)上或者抵持在所述安全舱(26)上。

8.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，至少在螺旋形环绕所述安全舱(26)的构造区，所述引流道(40)具有一个恒定不变的或者增加的倾斜度。

9.根据权利要求8所述的离心机，其特征在于，通过设置所述倾斜度，所述引流道(40)的表面构造和所述通道(41)的横截面使气体冷却剂的层流通过所述通道(41)。

10.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，所述引流道(40)至少在所述安全舱(26)的区域形成横截面扩大的通道。

11.根据权利要求1所述的离心机，其特征在于，所述模制品(38)由泡沫制造。

12.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，所述出口(46)的横截面积至少为所述通道(41)最小横截面积的150％。

13.根据权利要求1至4任一所述的离心机，其特征在于，从所述离心机(10)顶部沿着轴向向下看，所述出口(46)设置在最深处的冷却剂流动通道的上方或者设置在用于驱动所述转子(32)的所述驱动轴(37)的驱动机(36)的上方。