IT9067658A1

IT9067658A1 - Dispositivo centrifugatore, particolarmente per applicazioni biochimiche e medicinali

Info

Publication number: IT9067658A1
Application number: IT067658A
Authority: IT
Inventors: Albert Aretin
Original assignee: Jouan
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1992-03-03
Also published as: DE4027993A1; CH683753A5; GB9018791D0; DE4027993C2; GB2235639A; FR2651449B1; FR2651449A1; IT9067658A0; IT1240978B; GB2235639B

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Dispositivo centrifugatore, particolarmente per applicazioni biochimiche e medicali"

La presente invenzione riguarda un centrifugatore che comprende un rotore a carenatura. Tali centrifugatori sono, per esempio, utilizzati in biochimica o in applicazioni medicali, in particolare per il trattamento del sangue.

Un centrifugatore comprende uno statore o vasca che presenta un alloggiamento generalmente termostatato ed un rotore azionato in rotazione in detto alloggiamento da un motore. Quando un rotore è in rotazione nel suo alloggiamento, tende a trascinare l'aria contenuta in detto alloggiamento. Per questo tali centrifugatori comprendono sovente una carenatura che circonda il rotore, questa carenatura essendo fissa rispetto al rotore, azionata in rotazione ha

con esso e che per oggetto di impedire o almeno ridurre i fenomeni di sovrapressione e depressione che possono apparire nell'atmosfera dell'alloggiamento della vasca, quando il rotore è in movimento di rotazione. In assenza di carenatura, il rotore funziona sostanzialmente come una pompa centrifuga; ciò è particolarmente vero con i rotori correntemente detti "rotori a stella", che comprendono diversi rami che si estendono radialmente partendo dall'asse del rotore, rami tra i quali sono montate navicelle che servono a contenere i recipienti da centrifugare, detti rami comportandosi quindi sostanzialmente come le pale di un aspo. Le carenature, di cui sono dotati questi rotori, permettono quindi di ridurre le turbolenze dell'aria create nel corso della rotazione e riducono, per questo, le perdite di energia ed i riscaldamenti che ne conseguono.

Tuttavia, tali carenature presentano lo svantaggio maggiore di impedire una buona circolazione dell'aria attorno alle navicelle di centrifugazione; gli scambi termici tra l'esterno delle carenature, e dette navicelle sono poco soddisfacenti. Ora, è importante poter controllare molto esattamente la temperatura di queste navicelle, in particolare quando si tratta di centrifugatori utilizzati in applicazioni medicali o in biochimica, buon numero di prodotti biologici dovendo essere mantenuti a temperature ben determinate, queste temperatura potendo variare tra 4°C e 37°C. Al fine di permettere un buon controllo della temperatura delle navicelle, il rotore è sovente montato, come indicato in precedenza, in un alloggiamento della vasca, le cui pareti sono dotate di dispositivi di refrigerazione (ed eventualmente di riscaldamento). Conviene, infatti, notare che quasi tutta la potenza del motore, dell'ordine di grandezza del kilowatt, è dissipata in calore nella vasca, il che richiede una evacuazione di calorie per mantenere la temperatura dell'aria della vasca ad un livello adatto. E' ben chiaro che la presenza di una carenatura stabilisce una separazione tra l'aria compresa fra la vasca e la carenatura, da una parte, e l’aria compresa all'interno della carenatura, d' altra parte. Da questo risulta una cattiva regolazione della temperatura delle navicelle di centrifugazione, soprattutto quando la carenatura è completamente chiusa grazie ad un coperchio.

Nel brevetto tedesco 867 077, si è già descritto un centrifugatore nel quale una carenatura di centrifugazione chiude una crociera che porta bécher in cui è contenuto il prodotto da centrifugare. Questa carenatura comprende fori, che permettono la circolazione di un'aria raffreddata che migliora il sistema di refrigerazione; questi fori sono posti in vicinanza dell'asse della carenatura e alla sua periferia. Tuttavia, un tale dispositivo non si dimostra realmente efficace, qualunque sia il posizionamento relativo dei fori .alla periferia della carenatura e dei becher che contengono il prodotto da centrifugare.

La presente invenzione propone quindi un rotore a carenatura che permette scambi termici migliorati tra i sistemi di raffreddamento e di riscaldamento della vasca e le navicelle di centrifugazione. Per far questo, la presente invenzione propone di utilizzare una carenatura di rotore che comprende fori ripartiti su tutta la sua periferia: quando la carenatura non comprende coperchio, detti fori permettono una buona circolazione dell'aria all'interno della carenatura durante il movimento di rotazione del rotore e la Richiedente ha constatato che l'efficacità era ottima quando i fori erano disposti sulla parete laterale della carenatura, ad un livello tale che i fori della navicella di centrifugazione si trovano sostanzialmente a livello di detti fori, quando il rotore è mosso nel suo movimento di rotazione; infatti, il rotore carenato, ruotando, crea una zona di alta pressione alla periferia della carenatura e una zona di bassa pressione al centro, da cui risulta una circolazione d'aria attraverso i fori della carenatura. L'aria nella vasca va a lambire la parete refrigerata dell'alloggiamento della vasca, poi, rientra al centro della carenatura, va a lambire le pareti delle navicelle, ed esce attra— verso i fori posti a livello dei fondi di dette navicelle, da cui risulta un miglioramento sensibile degli scambi termici.

Inoltre, tali fori permettono l'evacuazione dei liquidiche può contenere la carenatura e che possono essere all'origine di masse di squilibrio che generano vibrazioni della parete e sollecitazioni sull'asse del rotore, potendo causa— re il deterioramento o anche la distruzione dei centrifugatori.

E' infatti possibile che i recipienti per centrifugare (provette, sacche a pareti flessibili, o analoghi) si rompano nel corso della centrifugazione sotto l'effetto di forti pressioni generate dalle accelerazioni centrifughe. Succede pure, quando la vasca è portata a bassa temperatura, che si producano condensazioni all'interno della carenatura, quando la temperatura nella carenatura è o diventa inferiore al punto di rugiada dell'aria umida contenuta nella carenatura; Questi fenomeni possono essere, a loro volta, all'origine di masse di squilibrio pericolose per l'apparecchio. E1 il motivo per cui, secondo l'invenzione, si propone una carenatura di forma particolare; questa carenatura comprende un fondo parallelo al fondo della navicella, quando il rotore è a riposo, detto fondo essendo collegato, mediante una svasatura di rivoluzione, ad una parte cilindrica dove sono praticati fori,detta parte cilindrica prolungandosi dal lato opposto al fondo, con un bordo anulare interno che ritorna verso l’asse e delimita un'apertura circolare centrata su detto asse.

La presente invenzione ha quindi per oggetto un centrifugatore che comprende, in un alloggiamento della vasca statorico, un rotore mobile in rotazione attorno al suo asse e azionato da un motore, detto rotore portando navicelle destinate ciascuna a ricevere almeno un recipiente per centrifugare , detto rotore essendo associato ad una carenatura che gli è solidale e lo circonda, almeno a livello di dette navicelle, il rotore e la sua carenatura costituendo un gruppo dinamicamente equilibrato rispetto al suo asse di rotazione, le navicelle essendo contenitori fissati sul rotore mediante perni che permettono la loro rotazione sotto l'effetto della forza centrifuga nel corso della rotazione del rotore, la carenatura comprendendo una pluralità di fori ripartiti sulla sua parete laterale, caratterizzato dal fatto che i fori sono disposti sulla parete laterale della carenatura ad un livello tale che il fondo della navicella si trova sostanzialmente al livello dei fori, quando il rotore è animato dal suo movimento di rotazione.

Vantaggiosamente, la carenatura comprende un fondo parallelo al fondo delle navicelle, quando il rotore è a riposo, detto fondo essendo collegato, mediante una svasatura di rivoluzione, ad una parte cilindrica dove sono praticati ifori, detta parte cilindrica prolungandosi, dal lato opposto al fondo, con un bordo anulare interno che ritorna verso l'asse e delimita un'apertura circolare centrata su detto asse; il rotore è, vantaggiosamente, un rotore a stella; la carenatura può comprendere almeno un foro per navicella ed in particolare un foroin corrispondenza di ogni navicella; per facilitare l'equilibratura dinamica del rotore, i fori possono essere di egual diametro e ad una distanza angolare costante gli uni dagli altri; i centri dei fori possono essere in uno stesso piano perpendicolare all'asse del rotore o possono essere a livelli sfasati gli uni rispetto agli altri nella direzione dell'asse del rotore.

1 fori possono essere in numero pari o dispari: si sceglie generalmente un numero dispari e si devono ridurre' i rumori nel corso di rotazione; i fori possono avere diametri uguali o differenti; per i centrifugatori di dimensioni medie, si è constatato che si ottenevano buoni risultati praticando fori con un diametro di 8 mm. Si preferisce che i fori siano sostanzialmente nella parte di maggior diametro della carenatura.

Per fare meglio comprendere il concetto dell'invenzione, descriveremo qui a seguito, a titolo puramente illustrativo e non limitativo, una forma di realizzazione rappresentata suldisegno allegato.

Su questo disegno:

la figura 1 è una vista in sezione, secondo I-I della figura 2, di un centrifugatore conforme all'invenzione, la sezione I—I passando per l'asse del rotore;

- la figura 2 è una vista in pianta (secondo II-II) della figura 1 del rotore del centrifugatore della figura 1.

Riferendosi disegno, si vede che il centrifugatore descritto comprende un rotore a stella 1 che ruota attorno al suo asse 2 e che trascina nel suo movimento una carenatura 3, l’insieme essendo montato in una vasca statorica 4.

Questo rotore a stella 1 comprende quattro rami 5 che si estendono radialmente partendo dall'asse di rotazione 2 del rotore, detti rami 5 ammettendo uno stesso piano mediano perpendicolare a detto asse 2, asse attorno al quale sono ripartiti regolarmente.

Ciascuno di questi rami 5 termina, alla sua estremità più lontana dall’asse 2, con due bracci 6 ripartiti simmetricamente rispetto al reuno 5 che li porta e che formeino tra loro una forca, di angolo di apertura di 45°. Ogni braccio 6 di un ramo 5 è parallelo al braccio 6 del ramo 5 vicino, del quale è direttamente a fronte, e porta, inoltre, un perno 7 che si estende perpendicolarmente, nel piano mediano del rotore a stella 1, verso detto braccio 6 che gli sta a fronte.Sui due perni 7 dei due bracci 6 a fronte terminan— do due rami 5 vicini, sono montate navicelle 8 di centrifugazione che possono ruotare sotto l'effetto della forza centrifuga, rispetto all'asse formato da detti perni 7, al momento del movimento di rotazione del rotore 1. Queste navicelle 8 sono contenitori destinati a ricevere i recipienti per centrifugare, questi recipienti potendo consistere in vasi 19, la cui forma esterna è complementare di una forma interna di queste navicelle 8, e che, sono y

dotati di alveoli nei quali sono sistemati tubi 20 per centrifugare, questi recipienti potendo anche consistere in flaconi o in sacche a pareti flessibili (non rappresentati).

I rami 5 del rotore 1 sono costruiti in acciaio che ha una resistenza a trazione dell'ordine da 80 a 100 Kg/ 2

min , il rotore a stella 1 potendo sopportare sino a 24 tonnellate per ramo 5, il suo peso essendo di 40 kgs.

La carenatura 3 comprende una parete che ha una forma di rivoluzione attorno all'asse 2, svasata sostanzialmente partendo da un fondo 3a, parallela al fondo delle naviceluna le 8 quando il rotore 1 e queste sono a riposo, fino a/parte 3b sostanzialmente cilindrica, centrata sull’asse 2. Il fondo 3a è collegato al centro del rotore a stella 1 mediante un mantello 9 tronco conico svasato dal rotore 1 sino al fondo 3a, detto mantello 9 essendo saldato o chiodato alle sue estremità al rotore 1 ed alla carenatura 3. La parte cilindrica 3b è la parte di maggior diametro della carenatura 3 e si pone sostanzialmente a livello del piano mediano dei rami 5 del rotore 1. La carenatura 3 comprende su questa parte cilindrica 3b della parete laterale che la costituisce, una pluralità di fori 11 circolari, che hanno un diametro di circa 8 mm, i centri di questi fori 11 essendo ripartiti sostanzialmente al livello del piano mediano dei rami 5 del rotore 1, il fondo delle navicelle 8 trovandosi sostanzialmente a livello di detti fori 11, quando il rotore 1 è animato dal suo movimento di rotazione. La carenatura 3 termina, inoltre oltre la parte cilindrica 3b rispetto al fondo 3a, mediante un bordo anulare interno 3c che delimita un'apertura circolare 10 centrata sull'asse 2 ed il cui raggio è leggermente superiore al maggior raggio dell'insieme formato dal rotore lele navicelle 8 a riposo. Una tale carenatura 3 è, per esempio, ottenuta mediante sbalzo di un foglio metallico.

L'insieme che costituisce detto rotore 1, la carenatura 3 e le navicelle 8, è montato in un'incavatura 12 della vasca statorica 4, detta vasca 4 comprendendo un fondo 13 circondato da una parete 14 cilindrica e che può essere chiusa a tenuta da un coperchio 15. Questa vasca 4 è associata, in forma classica, ad un dispositivo 16 di refrigerazione (e/o di riscaldamento), come pure a uno strato 17 di un materiale isolante, detto strato 17 circondando esternamente la parete 14 e il fondo 13. Nel fondo 13 sbocca un tubo di drenaggio 18 che attraversa lo strato 17 e che permette l'evacuazione di liquidi contenuti nella vasca 4.

Un tale centrifugatore si utilizza nella forma che sarà ora descritta. Dopo che l'operatore ha introdotto, attraverso l'apertura 10, i recipienti 19 per centrifugare nelle navicelle 8, poi rimesso il coperchio 15 nella sua posizione di chiusura della vasca 4, il rotore a stella 1 è azionato in rotazione tramite un motore, le velocità massime raggiunte potendo essere dell'ordine da 10 a 10 giri/min.

L'aria nella vasca 4 del centrifugratore è a sua volta trascinata e va a lambire la parete 14 raffreddata (o riscaldata) del dispositivo 16 poi, aspirata dalla differenza di pressione creata tra la periferia della carenatura 3 e il centro di questa, circola attraverso i fori 11 di detta carenatura 3, assicurando cosi la refrigerazione (o il riscaldamento) delle navicelle 8 e del loro contenuto.

E' da notare che durante il funzionamento, la differenza di temperatura tra le navicelle 8 e la parete 14 della vasca 4 è dell'ordine di 2°C, mentre con centrifugatore che comprende un rotore a carenatura senza fori, questa differenza di temperatura può essere superiore a 10°C.

Inoltre, se per una delle cause che sono state esposte in precedenza, la carenatura 3 contiene un liquido qualsiasi, questo sarà, al momento della rotazione del rotore a stella 1, spinto sulle pareti interne di detta carenatura 3 e rimonterà sino alla parte cilindrica 3b di detta carenatura 3, che è la parte di maggior raggio, per sfuggire attraverso i fori 11, ricadere del fondo 13 ed essere evacuato attraverso il tubo di drenaggio 18.

utilizzazione

Come per qualsiasi ^ . di centrifugatori, si sorveglierà che la decelerazione di detto centrifugatore non sia troppo brutale, in modo che i prodotti separati dalla centrifugazione non siano messi in sospensione l'uno nell'altro, tanto più se le loro differenze di densità sono piccole. A titolo di ordine di grandezza, si potrà passare da 4.000 giri/min a 0 giri/min in tre minuti, con una prima fase di frenatura rapida sino a 800 giri/min, poi una seconda fase di frenatura ammortizzata parabolicamente. 11 termine della frenatura potrà, per esempio, essere ottenuto mettendo in corto circuito il rotore del motore che azione il rotore 1 del centrifugatore.

In altre realizzazioni non rappresentate, nelle quali si cerca di evitare più particolarmente i problemi di vibrazione o di rumori che possono generare l'esistenza di fori sulla carenatura, detti fori sono a livelli sfasati gli uni rispetto agli altri, nella direzione assiale del rotore e/o sono ripartiti regolarmente sulla parete della carenatura, detta carenatura essendo quindi riequilibrata, tra 1'altro, mediante addizioni di masse. In altre realizzazioni, ancora, i fori sono di diametri differenti e/o sono in numero dispari, il che permette di evitare la formazione di alcune armoniche.

Claims

RIVENDICAZIONI - Centrifugatore che comprende, in un alloggiamento (12) di una vasca statorica (4), un rotore (1) mobile in rotazione attorno al suo asse (2) ed azionato da un motore, detto rotore (1) portando navicelle (8) destinate ciascuna a ricevere almeno un recipiente (19) per centrifugare e, detto rotore (1) essendo associato ad una carenatura (3),. che ne è solidale e lo circonda, almeno a livello di dette navicelle (8), il rotore (1) e la sua carenatura (3) costituendo un gruppo dinamicamente equilibrato rispetto al suo asse di rotazione (2), le navicelle (8) essendo contenitori fissati sul rotore '{1) mediante perni (7) che permettono la loro rotazione sotto l'effetto della forza centrifuga nel corso della rotazione del rotore (1), la carenatura comprendendo una pluralità di fori (II) ripartiti sulla sua parete laterale, caratterizzato dal fatto che i fori (11) sono disposti sulla parete laterale della carenatura (3) ad un livello tale che il fondo delle navicelle (8) si trova sostanzialmente al livello dei fori (11), quando il rotore (1) è animato dal suo movimento di rotazione. -2.4- Centrifugatore secondo la rivendicazione 1, nel quale la carenatura (3) comprende un fondo (3a) parallelo al fondo delle navicelle (8) quando il rotore (1) è a riposo, detto fondo (3a) essendo collegato ^da uno svasamento di rivoluzione, ad una parte cilindrica (3b) dove sono praticati i fori (11), caratterizzato dal fatto che detta parte cilindrica (3b) si prolunga, dal lato opposto al fondo (3a), con un bordo anulare interno (3c) che ritorna verso l'asse (2) e che delimita un'apertura circolare (10) centrata su detto asse. 3. Centri fugaatore secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il rotore (1) è un rotore a stella. Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che la carenatura (3) comprende almeno un foro (11) per navicella (8). |- Centrifugatore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la carenatura (3) comprende un foro (11) in corrispondenza di ogni navicella (8). 6. - Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 5, caratterizzato dal fatto che i fori (11) sono ad una distanza angolare costante gli uni dagli altri. 7. - Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che i centri dei fori (11) sono in uno stesso piano perpendicolare all'asse (2) del rotore (1). 8. - Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzato dal fatto che i centri dei fori (11) sono a livelli sfasati gli uni dagli altri nella direzione dell'asse (2) del rotore (1). Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che i fori (11) sono sostanzialmente disposti nella parte (3b) di maggior diametro della carenatura (3). 10.- Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 9, caratterizzato dal fatto che i fori (11) hanno diametri eguali, 11. - Centrifugatore secondo una delle rivendicazioni 1 a 9, caratterizzato dal fatto che i fori (11) hanno diametri differenti.