EP1329263B2 - Rotor avec des logements de réception de produits à centrifuger et centrifugeuse correspondante - Google Patents

Description

• La présente invention concerne une centrifugeuse selon le préambule de la revendication 1. De telles centrifugeuses sont connues de l'état de la technique.
• L'invention s'applique, par exemple, à la centrifugation de produits biologiques.
• Pour la centrifugation de tels produits, on utilise généralement des rotors de formes tronconiques dans lesquels les logements ont été ménagés sous forme d'évidements. Ces logements ont des formes allongées et sont, pour chaque rotor, régulièrement répartis autour de son axe de rotation. Ces logements sont destinés à recevoir, par exemple, des tubes contenant les produits à centrifuger et fermés par des bouchons. Le document JP-A-09262503 , US 6 045 494 et JP-A-0926 2503 décrivent des rotors avec une disposition particulière de logements.
• Une centrifugeuse utilisant un tel rotor comprend généralement une cuve, munie de moyens de réfrigération et dans laquelle le rotor est monté sur une tête d'entraînement en rotation.
• On a constaté dans les ultracentrifugeuses, c'est à dire les centrifugeuses entraînant les rotors à des vitesses de l'ordre de 20000tr/mn, l'apparition de nuisances sonores telles que des sifflements.
• Un but de l'invention est de résoudre ce problème en limitant les nuisances sonores provoquées par l'entraînement en rotation de rotors du type précité.
• A cet effet, l'invention a pour objet une centrifugeuse selon la revendication 1.
• Selon des modes particuliers de réalisation, la centrifugeuse peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques des revendications dépendantes.
• 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 vue schématique latérale d'une centrifugeuse,
• la figure 2 est une vue schématique du dessus du rotor de la figure 1,
• les figures 3 et 4 sont des vues analogues à la figure 2 illustrant respectivement un deuxième et un troisième modes de réalisation du rotor,
• la figure 5 est une vue schématique, agrandie et en coupe du rotor de la figure 4, prise suivant la ligne brisée V-V,
• la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 illustrant un quatrième mode de réalisation du rotor,
• la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 illustrant un cinquième mode de réalisation du rotor, et
• la figure 8 est une vue analogue à la figure 5 illustrant un sixième mode de réalisation du rotor.
Les figures ne représentent pas isolément des modes de réalisation de l'invention.
• Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement une centrifugeuse 1 qui comprend une cuve 2, un rotor 3 disposé dans la cuve 2, et des moyens 4 d'entraînement en rotation du rotor 3 autour d'un axe de rotation A sensiblement vertical.
• De manière classique, la cuve 2 comprend une porte mobile d'accès 6 et des moyens de réfrigération de son atmosphère intérieure, lesquels moyens de réfrigération ne sont pas représentés sur les figures.
• Le rotor 3 est un rotor de forme générale tronconique d'axe central A. Il est équipé d'un couvercle de fermeture 7 amovible. Le couvercle 7 n'a pas été représenté sur la figure 2.
• Le rotor 3 est par exemple réalisé en métal et quatre logements excentrés par rapport à l'axe A y sont ménagés, à savoir une première paire de logements 8₁ et 8₂ et une seconde paire de logements 10₁ et 10₂. On notera que les logements 10₁ et 10₂ ne sont pas représentés sur la figure 1.
• Les logements 8₁ et 8₂ de la première paire sont symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe A. Les logements 10₁ et 10₂ de la seconde paire sont symétriques l'un de l'autre par rapport à l'axe A.
• Les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ ont une forme analogue allongée le long d'une direction longitudinale respective D.
• Comme on le voit sur la figure 1 pour les logements 8₁ et 8₂, chaque direction D est inclinée par rapport à l'axe de rotation A et le coupe en un point géométrique situé au-dessus du rotor 3 et de son couvercle 7.
• Les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ débouchent dans la surface supérieure 12 du rotor pour permettre, lorsque le couvercle 7 est retiré, d'introduire dans les logements des récipients contenant le ou les produits à centrifuger, par exemple des tubes fermés par des bouchons.
• Sur la figure 1, on a exagéré la distance séparant les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ de la surface latérale extérieure 14 du rotor 3 pour faciliter la représentation.
• Comme on le voit sur la figure 2, la répartition des logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ autour de l'axe de rotation A est irrégulière.
• Si une telle répartition était régulière, le rotor 3 serait invariant par une rotation géométrique d'axe A et d'angle valant 90° $\left(\frac{\mathrm{\pi }}{2}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}\right)\mathrm{.}$

  

  Ainsi, l'image géométrique I (en trait mixte à double tiret) du logement 8₁ par une telle rotation dans un premier sens S₁ serait confondue avec le logement 10₁, logement qui suit directement le logement 8₁ dans ce sens S₁.
• Dans le rotor des figures 1 et 2, le logement 10₁ n'est pas confondu avec cette image I mais est, en vue de dessus, décalé angulairement de cette image I d'un angle α non nul centré sur l'axe A et négatif par rapport au sens S₁.
• En d'autres termes, le logement 10₁ est l'image, par une rotation géométrique d'axe A et d'angle α, de l'image I.
• Ainsi, les directions longitudinales D des logements 10₁ et de l'image I forment en vue de dessus un angle α centré sur l'axe A et négatif en considérant le sens S₁.
• L'angle α vaut par exemple 4° et peut être compris plus généralement entre 2° et 10°.
• On notera que sur la figure 2, l'amplitude de l'angle α a été exagérée pour faciliter la représentation.
• De même, le logement 10₂ est décalé angulairement, en vue de dessus, de l'image non représentée du logement 8₂ par la rotation précitée.
• Ainsi, les logement 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ sont invariants par une rotation géométrique d'axe A et d'angle valant 180° π rad) mais pas par une rotation d'axe A et d'angle valant 90° $\left(\frac{\mathrm{\pi }}{2}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{d}\right)$

  

  comme dans l'état de la technique.
• On a constaté, lorsque l'on entraîne en rotation le rotor 3 à des vitesses relativement importantes, typiquement supérieures à 10000tr/min, que les nuisances sonores telles que les sifflements sont fortement diminuées, voire supprimées.
• On estime à l'heure actuelle que la raison de cette diminution ou suppression des nuisances sonores peut être la suivante. Lorsque le rotor 3 est entraîné en rotation, les zones Z (figure 1) de la surface latérale extérieure 14 du rotor 3 situées radialement en regard des logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ se déforment, sous l'effet de la force centrifuge, radialement vers l'extérieur plus fortement que les zones de la surface latérale extérieure 14 situées entre les logements. Les reliefs ainsi créés sur la surface 14 sont, comme les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂, invariants par une rotation géométrique d'axe A et d'angle valant 180° (π rad), et non par une rotation géométrique d'axe A et d'angle valant 90° comme dans l'état de la technique. Ainsi, les fréquences et les intensités des ondes acoustiques créées lors de l'entraînement en rotation du rotor sont modifiées et les nuisances sonores diminuées, voire supprimées.
• Par ailleurs, les balourds engendrés par l'irrégularité de disposition des logements sont relativement faibles et acceptables grâce au fait que α est relativement faible.
• Selon une variante du mode de réalisation des figures 1 et 2, l'angle α peut être positif par rapport au sens S₁.
• De manière plus générale, d'autres dispositions des logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ sont envisageables.
• Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 3, le logement 10₁ est en vue de dessus translaté latéralement, par rapport à l'image I du logement 8₁, à l'opposé du sens S₁ d'une distance d non nulle. Ainsi les directions longitudinales D du logement 10₁ et de l'image I du logement 8₁ sont sensiblement parallèles et espacées latéralement l'une de l'autre.
• La distance d vaut par exemple 2mm et peut être plus généralement comprise entre 1 et 5mm.
• On notera que sur la figure 3 la distance d a été exagérée.
• Cette distance étant relativement faible, la différence entre les forces de centrifugation auxquelles les produits reçus dans les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ seront soumis restera suffisamment faible et acceptable pour l'homogénéité du traitement de centrifugation. De même, les balourds provoqués par l'irrégularité de disposition restent acceptables.
• Selon une variante non représentée, le logement 10₁ peut être, en vue de dessus, décalé latéralement de l'image I du logement 8₁ dans le sens S₁.
• De manière plus générale, le logement 10₁ peut être, en vue de dessus, issu d'une translation géométrique de l'image I, la direction de cette translation n'étant pas nécessairement orthogonale à la direction D de l'image I.
• De manière plus générale encore, le logement 10₁ peut être déduit de l'image I du logement 8₁ par une transformation géométrique dans un plan radial contenant l'axe de rotation A et la direction longitudinale D de l'image I.
• Ainsi, les figures 4 et 5 illustrent un troisième mode de réalisation où la direction longitudinale D du logement 10₁ est décalée angulairement d'un angle β non nul par rapport à la direction longitudinale D de l'image I dans le plan précité P (figure 4). Ce plan P contient également la direction D du logement 10₁ et correspond au demi-plan droit de la figure 5. Ainsi, le logement 10₁ est l'image, par une rotation géométrique d'angle β dans le plan P, de l'image I.
• On notera que l'angle β peut être positif ou négatif. Cet angle β a par exemple une valeur de 4° et peut être plus généralement compris entre 2° et 10°.
• La figure 6 illustre un autre mode de réalisation dans lequel le logement 10₁ est obtenu à partir de l'image I par translation géométrique d'une distance sensiblement constante δ non nulle dans le plan radial P. Ainsi les directions D du logement 10₁ et de l'image I sont sensiblement parallèles et espacées l'une de l'autre. La translation précitée peut être telle que le logement 10₁ est plus proche ou plus éloigné de la surface latérale extérieure 14 que l'image I.
• On notera que sur les figures 5 et 6 l'angle β et la distance δ ont été exagérés.
• On notera également que l'angle β ou la distance δ sont suffisamment faibles pour que d'une part l'homogénéité du traitement de centrifugation subi par des produits reçus dans les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ soit satisfaisante et d'autre part les balourds soient réduits.
• De manière plus générale les principes ci-dessus peuvent être appliqués à des rotors comprenant un nombre quelconque de logements.
• Ils peuvent également être combinés entre eux pour un même logement.
• Ainsi, la figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation où le logement 10₁ est l'image par une transformation géométrique de l'image I, cette transformation géométrique comprenant une rotation géométrique et une translation géométrique dans le plan de la figure 7 qui est orthogonal à l'axe de rotation A.
• Plus précisément, la rotation est une rotation d'axe A et d'angle α.
• La translation est une translation dans le plan de la figure 7 d'une distance d non nulle dans une direction qui n'est pas orthogonale à la direction D de l'image I.
• La combinaison d'une rotation et d'une translation au sein de la transformation géométrique permet au logement 10₁ de rester suffisamment proche de l'image I pour limiter les différences entre la force de centrifugation subie par un produit contenu dans le logement 10₁ et la force de centrifugation d'un produit reçu dans le logement 8₁.
• Ainsi, l'homogénéité du traitement de centrifugation subi par des produits reçus dans les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂ est accrue. En outre, cette combinaison permet de réduire les balourds ainsi que la différence d'aspect entre un rotor incorporant les principes de l'invention et un rotor classique.
• De manière analogue, la figure 8 illustre un autre mode de réalisation où le logement 10₁ est obtenu à partir de l'image I par une transformation géométrique comprenant une rotation géométrique et une translation géométrique dans le plan radial P qui comprend l'axe de rotation A et la direction longitudinale D de l'image I.
• Plus précisément, la rotation est une rotation d'angle β non nul et la translation une translation d'une distance δ non nulle dans une direction orthogonale à l'axe A.
• Ici encore, la combinaison d'une translation et d'une rotation permet d'augmenter l'homogénéité du traitement de centrifugation subi par des produits reçus dans les logements 8₁, 8₂, 10₁ et 10₂, de limiter les balourds et de réduire les désagréments esthétiques.
• Plus généralement, la transformation géométrique entre l'image I et le logement 10₁ peut comprendre une translation et/ou une rotation dans un plan orthogonal à l'axe de rotation A, et une translation et/ou une rotation dans un plan radial contenant l'axe A.
• De manière générale également, les translations et rotations décrites précédemment peuvent être appliquées, par exemple séparément chacune à une paire respective de logements lorsque le nombre de logements est pair et strictement supérieur à 4.
• De préférence, les logements sont symétriques par paires par rapport à l'axe A. Ainsi, lorsque le rotor 3 est muni d'un nombre n pair de logements, le rotor 3 sera invariant par une rotation géométrique d'axe A et d'angle 180° ce qui permet de limiter les balourds. De manière plus générale, une invariance par une rotation géométrique d'axe A et d'angle strictement supérieur à $\frac{360°}{n}$

  

  permettra de limiter les balourds.
• Pour éviter l'apparition de nuisances sonores, il existera toujours au moins un premier logement dont l'image géométrique, par une rotation géométrique autour de l'axe de rotation A et d'angle 360/n° dans un sens de rotation, est distincte d'un deuxième logement du rotor, ce deuxième logement suivant directement le premier logement dans le sens de rotation choisi.

Claims (3)

1. Centrifugeuse comprenant une cuve (2), un rotor (3) destiné à être disposé dans la cuve (2), et des moyens (4) d'entraînement en rotation du rotor (3) autour d'un axe central de rotation (A) a des vitesses supérieures à 10.000 tr/min, un nombre n de logements (8₁, 8₂, 10₁, 10₂) de réception d'un produit à centrifuger étant prévus dans le rotor, les logements étant excentrés par rapport à l'axe de rotation, caractérisée en ce que l'image géométrique (I) d'au moins un premier logement (8₁), par une rotation géométrique autour de l'axe de rotation (A) dans un premier sens de rotation (S₁) et d'angle $\frac{360°}{n},$

   

   est distincte d'un deuxième logement (10₁) qui suit directement le premier logement (8₁) dans le premier sens de rotation (S₁), les logements (8₁, 8₂, 10₁, 10₂) ont une forme sensiblement analogue allongée suivant une direction longitudinale respective (D) et en ce que le deuxième logement (10₁) est sensiblement l'image par une transformation géométrique de l'image géométrique (I) du premier logement (8₁), en ce que la transformation géométrique comprend :

   - une rotation géométrique d'un angle (α) non nul dans un plan orthogonal à l'axe de rotation (A), et/ou

   - une translation géométrique d'une distance (d) non nulle dans un plan orthogonal à l'axe de rotation (A), la direction de cette translation étant inclinée par rapport à la direction longitudinale (D) de l'image géométrique (I) du premier logement, et en ce que la transformation géométrique comprend en outre :

   - une rotation géométrique d'un angle (β) non nul dans un plan contenant l'axe de rotation (A) et la direction longitudinale de l'image géométrique (I) du premier logement (8₁), et/ou

   - une translation géométrique d'une distance (δ) non nulle dans un plan contenant l'axe de rotation (A) et la direction longitudinale (D) de l'image géométrique (I) du premier logement (8₁).
2. Centrifugeuse suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les logements (8₁, 8₂, 10₁, 10₂) sont invariants par une rotation géométrique autour de l'axe de rotation et d'angle strictement supérieur à $\frac{360°}{n}\mathrm{.}$

   
3. Centrifugeuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que n est un nombre pair supérieur ou égal à 4 et les logements (8₁, 8₂, 10₁, 10₂) sont symétriques par paires par rapport à l'axe de rotation (A).

Images