La présente invention concerne une enceinte de travail, du type comprenant
au moins une enveloppe délimitant intérieurement une chambre de travail,
et au moins un ventilateur de mise en mouvement de l'atmosphère de la
chambre de travail, le ventilateur comprenant une hélice, qui est disposée à
l'intérieur de la chambre de travail pour tourner autour d'un axe géométrique de
rotation, et un moteur à champ magnétique tournant comprenant un rotor solidaire
en rotation de l'hélice et entraíné en rotation par le champ magnétique
tournant.
L'invention s'applique notamment à des enceintes thermostatées telles
que des fours, des étuves ou des incubateurs. De telles enceintes sont utilisées
par exemple pour des applications biologiques telles que la culture de bactéries,
de cellules ou d'autres organismes, ou pour des applications d'extraction
de solvants ou de cuisson.
Ces enceintes présentent des éléments chauffants généralement sous
forme de résistances électriques. Le ventilateur permet d'améliorer le transfert
thermique entre ces éléments chauffants et l'atmosphère de la chambre de travail
en créant une convection forcée.
Généralement, le moteur d'entraínement est un moteur alimenté électriquement
et comprenant un stator de production d'un champ magnétique tournant.
Ce stator est disposé, avec le rotor, à l'extérieur de la chambre de travail.
Un arbre, qui traverse l'enveloppe délimitant la chambre de travail, relie alors
mécaniquement l'hélice et le rotor.
Un tel agencement gêne les opérations de nettoyage, et plus particulièrement
de décontamination, de la chambre de travail.
Un but de l'invention est de résoudre ce problème en fournissant une
enceinte de travail du type précité dont le nettoyage de la chambre de travail est
facilité.
A cet effet, l'invention a pour objet une enceinte du type précité, caractérisée
en ce que l'hélice forme le rotor.
Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention l'enceinte de
travail peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s)
isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'hélice comporte des pales dont des surfaces supérieures sont inclinées
au moins en partie par rapport à son axe de rotation pour produire une dépression
locale au-dessus de l'hélice tendant à la soulever ;
- l'enceinte comprend des moyens d'indexation de la position de
l'hélice par rapport à la surface d'appui ;
- l'hélice repose librement sur au moins un support situé dans la
chambre de travail ;
- l'hélice repose directement sur ledit support qui fournit ladite surface
d'appui ;
- l'enceinte comprend au moins une étagère disposée dans la chambre
de travail, l'étagère comprenant une paroi inférieure et une paroi supérieure
entre lesquelles l'hélice est logée, la paroi inférieure fournissant ladite surface
d'appui ;
- l'hélice repose sur le support par l'intermédiaire de la paroi inférieure
de l'étagère ;
- l'enceinte comprend au moins un élément de chauffage de
l'atmosphère de l'enceinte la chambre de travail ;
- l'enceinte comprend au moins un élément de réfrigération de
l'atmosphère de la chambre de travail ;
- le moteur d'entraínement comprend un stator de production d'un
champ magnétique tournant pour entraíner l'hélice en rotation ;
- le stator est disposé à l'extérieur de la chambre de travail ; et
- l'hélice comporte au moins un aimant permanent.
L'invention a en outre pour objet une hélice pour une enceinte telle
que définie ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un aimant
permanent.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins
annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une section transversale schématique d'une enceinte
selon l'invention prise suivant un plan vertical parallèle à l'ouverture d'accès de
l'enceinte,
- la figure 2 est une vue schématique, partielle et en perspective éclatée,
illustrant l'hélice et le fond de l'enceinte de la figure 1,
- la figure 3 est une section schématique d'une pale d'une variante de
l'hélice des figures 1 et 2, et
- la figure 4 est une vue partielle et agrandie analogue à la figure 1,
illustrant un autre mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente une enceinte de travail 1 comprenant une cuve
2 sensiblement parallélépipédique et dont une des faces est ouverte. L'enceinte
1 comprend également une porte, non représentée sur la figure 1, articulée à la
cuve 2 pour obturer cette face ouverte et permettre l'accès à l'intérieur de
l'enceinte 1.
La cuve 2 et la porte ont une structure à double enveloppe comprenant
une enveloppe extérieure 4, une enveloppe intérieure 5 et une couche
d'isolant thermique 6 disposée entre ces enveloppes.
L'enveloppe intérieure 5 délimite intérieurement une chambre de travail
7.
L'enceinte 1 est équipée d'un ventilateur 10 de mise en mouvement
de l'atmosphère de la chambre de travail 7. Ce ventilateur 10 comprend une hélice
11 disposée à l'intérieur de la chambre de travail 7 et des moyens 12 de
création d'un champ magnétique, qui tourne autour d'un axe géométrique A vertical
et qui est sensiblement orthogonal à celui-ci. Typiquement, ces moyens 12
peuvent comprendre des enroulements destinés à être parcourus par des courants
polyphasés pour créer le champ magnétique tournant. Dans une variante,
ces moyens 12 peuvent comprendre un aimant permanent entraíné par un moteur,
Les moyens 12 sont logés, sous la paroi inférieure ou fond 16 de
l'enveloppe intérieure 5, dans un logement 13 ménagé dans l'isolant thermique 6
et dans l'enveloppe extérieure 4 pour permettre un accès à ces moyens 12 depuis
l'extérieur de l'enceinte 1. L'axe vertical A est sensiblement centré par rapport
au fond 16.
Comme illustré plus particulièrement par la figure 2, l'hélice 11 comprend
un moyeu 20 d'axe A et des pales 21 s'étendant radialement vers
l'extérieur depuis ce moyeu 20. Ces pales 21 sont régulièrement réparties angulairement
autour du moyeu 20 et sont inclinées par rapport à l'axe A du moyeu
20.
Un aimant permanent 24 est logé à l'intérieur du moyeu 20 pour être
solidaire de celui-ci en rotation autour de l'axe A. Cet aimant permanent 24 est
orienté pour que le champ magnétique qu'il crée soit sensiblement orthogonal à
l'axe A.
Le moyeu 20 présente en outre une cavité conique 25 centrale ménagée
depuis sa face inférieure 26 et convergeant vers le haut.
Une saillie de forme complémentaire 27 est prévue au centre de la
surface supérieure 28 du fond 16 de l'enveloppe intérieure 5. Cette saillie 27 est
orientée vers le haut.
L'hélice 11 repose librement par l'intermédiaire de son moyeu 20 sur
la surface supérieure 28 du fond 16. La saillie 27 du fond 16 est insérée dans la
cavité 25 du moyeu 20.
Des moyens 30 de chauffage, telles que des résistances chauffantes,
sont installées sous le fond 16, dans l'isolant thermique 6.
Lorsque les moyens 12 produisent un champ magnétique tournant
dans le sens de la flèche 31 sur les figures 1 et 2, celui-ci entraíne en rotation
l'aimant permanent 24 et donc l'hélice 11 dans le même sens autour de l'axe A.
Les moyens 12 et l'hélice 11 forment alors respectivement un stator, situé à
l'extérieur de la chambre de travail, et un rotor d'un même moteur à champ magnétique
tournant.
Du fait de l'orientation des pales 21 de l'hélice 11, l'hélice 11 crée localement
un écoulement d'air dirigé vers le bas et donc vers le fond 16, comme
schématisé par les flèches 31 sur la figure 2. Cet écoulement est donc dirigé
dans le sens de la gravité et crée une dépression au-dessus des pales 21.
Ainsi, l'hélice 11 a tendance à se soulever par rapport au fond 16 sur
laquelle elle repose, en limitant les frottements.
Le fond 16 renvoie ensuite l'écoulement d'air latéralement vers
l'extérieur au-dessus des éléments chauffants 30. L'écoulement d'air est ensuite
dévié par les parois latérales 32 de l'enveloppe intérieure 5 vers le haut, puis circule
le long de la paroi supérieure 34 vers son centre, et redescend enfin vers
l'hélice 11.
Le trajet de cet écoulement d'air est schématisé par les deux flèches
35 sur la figure 1.
Ainsi, le ventilateur 10 crée une convection forcée dans la chambre de
travail 7 permettant d'assurer un transfert thermique satisfaisant entre les éléments
chauffants 30 et l'atmosphère de cette chambre de travail. En particulier,
cette convection forcée permet d'atteindre une homogénéité satisfaisante au sein
de la chambre de travail 7.
Ainsi, l'enceinte 1 est apte à être utilisée comme incubateur.
Par ailleurs, pour nettoyer la chambre de travail 7, il suffit de saisir
l'hélice 11 et de la retirer sans qu'aucune opération de démontage ne soit nécessaire.
Le nettoyage de la chambre de travail 7 est donc plus simple que
dans le cas où l'hélice est entraínée par un arbre traversant l'enveloppe intérieure
5.
De plus, la structure du ventilateur 10 ne nécessite pas de créer
d'infractuosité dans les parois de l'enveloppe intérieure 5 qui gênerait également
l'opération de nettoyage.
Lorsque le nettoyage de la chambre de travail 7 est achevé, il suffit de
reposer l'hélice 11 au centre du fond 16. Les reliefs complémentaires 25 et 27,
qui forment moyens d'indexation, permettent de positionner précisément l'hélice
11 au centre du fond 16.
Enfin, il est intéressant de noter que la structure du ventilateur 10
permet d'utiliser l'enceinte 1 avec ou sans convection forcée. Dans ce dernier
cas, il suffit de retirer l'hélice 11, les moyens 12 étant alors inactifs.
Selon une variante non représentée, les reliefs 25 et 27 sont supprimés,
le centrage étant assuré automatiquement lorsque les moyens 12 sont activés.
Dans une autre variante non représentée, l'hélice 11 peut ne pas
comprendre d'aimant permanent, son entraínement étant uniquement assuré par
la création de courants de Foucault dans l'hélice 11 par le champ magnétique
tournant produit par les moyens 12. Dans ce cas, l'hélice 11 comprend au moins
une partie réalisée en un matériau électriquement conducteur.
Dans encore une autre variante non représentée, l'hélice 11 comprend
des moyens pour créer un champ magnétique tournant par rapport à celle-ci
autour de l'axe A. Ces moyens peuvent comprendre une source électrique et
des enroulements alimentés par celle-ci.
Dans ce cas, les moyens 12 de la figure 1 sont remplacés par exemple
par un aimant permanent qui, par coopération avec le champ magnétique
tournant, produira l'entraínement en rotation de l'hélice 11 autour de l'axe A.
Selon une autre variante illustrée par la figure 3, les pales 21 ont chacune
un profil en « aile d'avion » avec une surface inférieure 37 sensiblement
horizontale et une surface supérieure 38 de concavité dirigée vers le bas. Chaque
surface supérieure 38 de pale 21 est donc inclinée au moins en partie par
rapport à l'axe A. Lors de la rotation de l'hélice dans le sens 31 une dépression
sera créée au-dessus des surfaces supérieures 38 des pales 21 tendant à soulever
l'hélice 11.
Dans encore une autre variante non-représentée, les moyens 12 de
création d'un champ magnétique tournant et les moyens 30 de chauffage sont
disposés au-dessus de la paroi supérieure 34 de l'enveloppe 5 et l'hélice 11 est
disposée sous la paroi supérieure 34. Les moyens 12 comprennent alors un ou
des aimant(s) permanent(s) pour maintenir l'hélice 11 au contact de la paroi 34
contre l'effet de la gravité, y compris en l'absence d'un champ magnétique tournant
créé par les moyens 12.
Selon le mode de réalisation de la figure 4, l'enceinte 1 comprend au
moins une hélice 11 disposée à l'intérieur d'une étagère 40 de la chambre de
travail 7. Cette étagère 40 est destinée à supporter des produits à traiter dans la
chambre de travail 7.
L'étagère 40 est creuse et comprend une paroi inférieure 41 horizontale
et une paroi supérieure 42 horizontale entre lesquelles l'hélice 11 est disposée.
Les parois 41 et 42 présentent des ouvertures 43 pour permettre à
l'atmosphère de la chambre de travail 7 de s'écouler au travers de l'étagère 40.
La face inférieure 26 du moyeu 20 de l'hélice 11 repose sur la surface
supérieure 44 de la paroi inférieure 41. Des reliefs d'indexation 25 et 27 tels que
ceux décrits précédemment sont prévus, d'une part sur la face inférieure 26 du
moyeu 20 et la surface supérieure 44 de la paroi inférieure 41, et d'autre part sur
la face supérieure 45 du moyeu 20 et sur la surface inférieure 46 de la paroi supérieure
42.
L'hélice 11 ne comporte plus d'aimant permanent dans son moyeu 20
mais plusieurs aimants permanents 24 portés chacun par une de ses pales 21.
Les champs magnétiques créés par ces aimants 24 sont sensiblement radiaux
par rapport à l'axe A de l'hélice 11.
L'étagère 40 prend appui sur des taquets de support 48 prévus sur les
parois latérales 32 de l'enveloppe intérieure 5. L'étagère 40 repose librement sur
ces taquets 48.
Les moyens 12 de création d'un champ magnétique tournant comprennent
des éléments 49 disposés dans l'isolant thermique 6 au même niveau
que l'étagère 40, sensiblement au centre de chaque paroi latérale 32 de
l'enveloppe intérieure 5.
Le ventilateur 10 formé par l'hélice 11 et les moyens 12 associés permet,
comme précédemment, de mettre en mouvement l'atmosphère de la chambre
de travail 7,
On conçoit que la chambre de travail 7 peut être équipée de plusieurs
étagères 40 telles que celle décrite ci-dessus et que cet agencement peut être
combiné avec celui décrit en regard des figures 1 et 2.
De manière plus générale, les principes ci-dessus peuvent s'appliquer
à la mise en mouvement de l'atmosphère d'une chambre de travail qui n'est pas
chauffée mais, par exemple, réfrigérée.