JP6378723B2 - 遠心分離機 - Google Patents
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Description
従来、生物物質の遠心分離で、37℃等の特定の温度を超えることはない。これは、当該特定の温度を超えると、材料の特性が変化するからである。
この熱は、間接冷却を利用して放散させることができる。
環境温度を下回る試料温度を実現する場合、冷却施設を据え付ける必要がある。熱は、冷媒を利用して、安全容器の外側から取り出される。
環境温度よりも高い37℃等の試料温度が許容される場合、通常は、熱放射のために環境空気が遠心分離機を通って案内される。
そのために、遠心分離機の筐体の内部にファンが配置され、安全容器の外側等の伝熱面に向けて方向付けられる。
しかし、このような冷却では、熱を放射させるために強力な空気流が必要である。これは技術的に複雑であり、大量の騒音を放射する原因になる。
よって、駆動力が低い遠心分離機には、間接冷却が主として適している。
たとえば、特許文献1または特許文献2では、遠心分離機のカバーの凹部を介して環境から空気が吸入される遠心分離機が開示されている。
安全容器に配置されたロータは、遠心分離機の操作時に、ファンホイールのように機能する。
ロータの回転軸の領域で、負圧が作成される。
ロータの上方の空気が吸入され、後続して流入する空気により動かされ、遠心分離機の内部空間を流れ、それによって、安全容器および安全容器の下方に配置された駆動モータを取り囲み、遠心分離機の後方の出口開口を通って内部空間から出る。
しかし、筐体に含まれる空気が不確定な経路を流れ、空気分離エッジが生じ、空気が最小抵抗に従って最短経路で筐体から出るため、かなりの騒音が放射される。
ここで、操作時に遠心分離機の内部で生成される音は、妨害されずに外側に抜けるか、または、空気分離エッジで大きくなる。
空気は、遠心分離機の内部空間で必ずしも均一に分散するわけではなく、特に、安全容器において、標的を絞った態様で分散するとは限らない。
よって、安全容器および駆動モータでの均一な熱除去は、保証されない。
チャネルは、容器の外側で垂直に下降するように構成されている。
冷却体は、吸入開口の領域での乱流から層流に連続的に変化し、結果として音響放射が大幅に軽減する。
加えて、流れが方向付けられていない場合に比べて、安全容器の外壁のより大きな領域に流れが及ぶように、冷却体の流れの経路を制御することができる。
これにより、遠心分離機をより効率的に冷却することができる。
よってこの遠心分離機は、狭い空間または作業者のすぐ近くで使用するのに特に適している。
建造上の高さを抑えた状態で、流れ誘導部は、安全容器の領域で複数経路として設計される。
詳細には、流れ誘導部は、一定のスロープを有する。
これにより、吸入開口と、環境空気の供給とを、遠心分離機に単純な態様で構造的に統合して、コストを節約することができる。
これにより、詳細には、外部の空気の供給という点で、さらなる設計オプションが実現する。
これにより、コスト効果の高い多様な材料を使用して流れ誘導部を作成し、各要件に適応した遠心分離機に据え付けることが可能となる。
結果として、コストが節約され、安全容器の冷却効率が向上する。
これにより、チャネル内の流れ抵抗が最小化され、冷却体が迅速に鎮静化される。
よって、騒音放射がさらに軽減され得る。
流れ誘導部は、伝導材料で形成されていれば、追加的な冷却要素の効果を奏する。
よって流れ誘導部は、熱伝達領域をさらに拡大する。
ここで、冷却体は、すべての側面が制限されたチャネルに流れ込む。チャネルの境界は、安全容器および流れ誘導部によって形成される。
よって、冷却体の流れをさらに正確に制御することができ、冷却体は、通常は金属で作成され良好な熱伝導性を有する安全容器の直上を流れる。
また、詳細には、流れ誘導部が筐体挿入物の一部を形成するように、流れ誘導部を適切に設計することで、据え付けが大幅に簡素化される。
流れ誘導部は、少なくとも安全容器の領域で、チャネルを形成する。このチャネルは、少なくとも部分的に筐体内を螺旋状に下降して伸びる。すなわち、傾斜角を伴って、回転軸と一定の距離を保ちながら伸びる。
この方法により、冷却体は、安全容器の外壁のほぼ全面を取り囲むことができる。
これにより、冷却効率がさらに向上する。
傾斜は、一定であるか、または増加する。
よって、冷却体の流れは、長い距離にわたって鎮静化される。
遠心分離機の騒音放射は、さらに軽減される。
これにより、詳細には冷却体の経路が延長され、摩擦抵抗が向上して、冷却体の速度が低下する。
結果として、騒音放射が軽減される。
これもまた、騒音放射を軽減する役割を果たす。なぜなら、チャネルの断面が出口開口に向かって連続的に拡大することで、流れの速度が低下するからである。
このことは、遠心分離機の操作を簡素化する好ましい効果を奏する。
これにより、流れ誘導部を柔軟に挿入および交換することが可能となり、据え付けが簡素化される。
成形発泡部品は、所望の形状で正確に作成することができ、遮音特性を有し、弾性に富み、コスト効果が比較的高い。
詳細には、流れ誘導部が安全容器の周囲に螺旋状に案内された構成において、成形部品は騒音遮断物として機能する。
遠心分離機の内側で発生した音波や冷却体のチャネル内での流れにより発達した音波、および安全容器の外側で反射する音波は、チャネル内で上側、下側、および外側の成型部品に直接吸収される。
これにより、安全容器用の他の取り付け要素または固定要素を少なくとも部分的に省略することができる。
この場合、成形部品、すなわち、筐体挿入物が安全容器を保持することが好ましい。
これにより、遠心分離機の製造コストと保守コストが節約される。
弾性を有する成形部品を筐体と安全容器との間に圧着させることで、構成部品が活性化されて振動することが防止され、騒音放射が防止される。
さらに、成形部品を筐体に容易に導入することができ、詳細には、成形部品の一部が安全容器に圧着した態様で当接して、安全容器がチャネルを横方向で封止し、流れの短絡を防ぐ。
実際に、出口開口の領域での流れ速度が軽減され、それによって、騒音放射が防止されることがわかった。
これを実現するために、流れ誘導部は、冷却体が再び略軸方向で流れるように、最も深い流れ経路から出口開口に向かって上方に案内される。
これにより、モータにより生成された騒音が外側に抜けることが防止される。
これにより、遠心分離機の騒音放射がさらに軽減される。
よって、上述した騒音分離の効果は、駆動モータにも及ぶ。
これにより、騒音放射を特に効率的に軽減することができる。
図2および図3は、異なる方向から見た遠心分離機10を示している。
上部にカバー16が設けられた筐体12は、遠心分離機10の内部空間24を画定する。
内部空間24には、駆動モータ36が配置される。駆動モータ36は、駆動軸37に支持されたロータ32を駆動する。ロータ32は、駆動軸37に回転可能に取り付けられ、駆動モータ36の上方で支持される。
ロータ32は、回転対称性を有する安全容器26に包囲される。これは、破損または破裂が生じた場合や、内部空間24および環境が汚染された場合に、遠心分離機10が損傷するリスクを最小化するためである。
ロータ32、安全容器26、駆動軸37、および駆動モータ36は、回転軸Rに対して同心に配置される。
加えて、蛇腹34は、駆動軸37を安全容器26に下方から係合させるために安全容器26に設けられた凹部27を封止する役割を果たす。
成形部品38の内径は、安全容器26の領域で、成形部品38が容器壁28に当接し、安全容器26を囲んで螺旋状に伸びるチャネル41が回転軸Rに対して相対的に設けられるように、必然的に設計される。チャネル41は、一部の領域で、成形部品38の誘導部40により制限される。
誘導部40 は、断面視でU字状に構成されている。
よって、チャネル41は、径方向外側および軸方向で成形部品38の誘導部40により制限され、径方向内側で容器壁28により制限される。
成形部品38は、カバー16が閉じた状態で配置される筐体12の上壁領域12aの下側から、筐体12の基部12bまで延長する。
成形部品38は、安全容器26の周囲に完全に係合し、通常は、2つの部品で構成される。これらの部品は、筐体12に容易に挿入され、安全容器26との圧着接続を形成する。
ここで、安全容器26は、成形部品38によってのみ保持される。
よって、チャネル41は、安全容器26の側で封止される。
安全容器26の下方では、誘導部40が最終的に成形部品38の円筒内輪郭39に変化するまで、径方向断面が徐々に縮小する。
内輪郭39の直径は、成形部品38がモータ収容部36aおよび安全容器26から離間した状態で、安全容器26の直径にほぼ対応する。
出口チャネル44は、開口42から第1の小部分44aを通って回転軸Rに直交して後側RSまで伸び、次に、第2の小部分44bで回転軸Rに平行して案内され、蛇腹34の高さまで筐体後壁12aに隣接する。
ここで、出口チャネル44は、筐体12の後壁12aに設けられた出口開口46に向かって開口する。
吸入開口18が、遠心分離機10の後側RSを向く側壁16cに設けられる。
吸入開口20が、カバー16が閉じた状態で回転軸Rに対して同心となるように、底壁16bに配置される。
吸入開口18と吸入開口20とをつなぐ吸入チャネル19がカバーに設けられる。
案内領域22は、吸入チャネル19に面する側で底壁16bと同一平面で終端し、ロータ32に面する側で回転軸Rから見て径方向に傾斜して下方に伸びる。
案内領域22は、ロータ32に面する側で、制御面22aを形成する。
入り込む空気の一部は、吸入開口20の直下に位置するロータ32に向かって軸方向に流れるが、その他の空気は、制御面22aに沿って容器壁28に向かって流れる。それにより、空気は、安全容器26の内部で比較的均等に分散する。
ロータ32の上方の領域から流れてきた空気により動かされた空気は、螺旋状の動きに移行し、容器壁28と筐体12に隣接する制御面22aの縁部22bとの間に形成された間隙30を通って誘導部40に流れ込む。
誘導部40は、2条の左巻き螺旋経路を描き、ロータ32の反時計回りで100mmの一定のスロープを有する。
よって、空気は、空気分離エッジのない均質なチャネルで案内され、遠心分離機10に入り込んだ後の乱流が、層流に徐々に変化する。
空気は、モータ収容部36aの周囲を流れた後、出口チャネル44を通って出口開口46に移動し、遠心分離機10を離れる。
螺旋状の誘導部40により、冷却空気の循環流動が、成形部品38の円筒内輪郭39により囲まれた内部空間24の領域でも維持される。
これにより、モータ収容部36aもモータ収容部36aの周方向で流れる空気に囲まれ、よって、冷却効果が向上する。
しかし、第2の小部分44bを設け、出口開口46を第1の小部分44aに対してオフセットして配置することで、騒音除去が向上する。
この構成により、モータの音波と、ロータ32の回転により遠心分離機10内で回転する空気の音波とは、出口チャネル44が直線状である場合よりも、成形部品38により良好に吸収される。
応用分野によっては、空気を吸入開口18に入る前に能動的に冷却したり、炭酸ガスまたは窒素を冷却体として使用したりすることもできる。
分割設計は、結果として、遠心分離器10の筐体12への成形部品38の導入および据え付けを簡素化する。
よって、成形部品38は、筐体挿入物を形成する。
EPP、EPE、EPS等の他の発泡材料も適している。
空気は、吸入開口20を介して安全容器26に流れ込み、ロータ32とカバー16の下側に設けられた制御面22aとの間の領域で分散される。
空気は、熱を吸収しながらロータ32の周囲を部分的に流れ、間隙30を通って誘導部40に到達する。
この場合、空気は、容器壁28から熱を吸収する。
熱を運んでいる空気は、出口開口46(同じく図5では把握できない)を介して、遠心分離機10から吹き出る。
12 筐体
12a 筐体後壁
14 開口
16 カバー
16a 天井壁
16b 底壁
16c 側壁
18 吸入開口
19 吸入チャネル
20 吸入開口
22 案内領域
22a 制御面
22b 縁部
24 内部空間
26 安全容器
27 凹部
28 容器壁
30 間隙
32 ロータ
34 蛇腹
36 駆動モータ
36a モータ収容部
37 駆動軸
38 成形部品
38a、b 成形部品の半分
40 誘導部
41 チャネル
42 開口
44 出口チャネル
44a 第1の小部分
44b 第2の小部分
46 出口開口
R 回転軸
VS 前側
RS 後側
Claims (15)
- 筐体(12)とロータ(32)と安全容器(26)と前記筐体(12)の内部空間(24)を制限するカバー(16)とを備え、前記ロータ(32)が前記安全容器(26)内で該安全容器(26)を通って延長する駆動軸(37)に支持され、前記安全容器(26)が前記内部空間(24)内に設けられ、気体冷却体が、吸入開口(20)を介して前記内部空間(24)に入り、前記内部空間(24)を通って流れ、前記ロータ(32)を介して前記安全容器(26)を横方向に越えると共に駆動モータを部分的に越えるように案内され、出口開口(46)を通じて前記筐体(12)の前記内部空間(24)から横方向に退出する遠心分離機(10)であって、
前記気体冷却体用のチャネル(41)が、前記安全容器(26)の小領域を囲んで螺旋状に伸び、前記安全容器(26)の領域で該安全容器(26)を囲む方向で方向付けられた流れが生成されるように前記チャネル(41)を径方向および軸方向で部分的に制限する流れ誘導部(40)を形成し、
前記流れ誘導部(40)が、前記安全容器(26)の領域で、拡大するチャネル断面を形成していることを特徴とする、遠心分離機(10)。 - 前記チャネル(41)が、前記安全容器(26)の下方まで延長していることを特徴とする、請求項1に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、前記安全容器(26)の領域で一定のスロープを有する、複数経路として設計されていることを特徴とする、請求項1に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、前記筐体(12)から独立した構成部品として構成されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、前記筐体(12)に解放可能な態様で接続されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、U字状、半円状、またはV字状の断面を有するように形成されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が前記安全容器(26)に適用されるか、または前記流れ誘導部(40)が前記安全容器(26)に当接することを特徴とする、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、少なくとも前記安全容器(26)の周囲を螺旋状に伸びる構成の領域で、流れ経路に対して一定または増加する傾斜を有していることを特徴とする、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記傾斜と前記流れ誘導部(40)の表面構成と前記チャネル(41)の断面とが、前記気体冷却体の層流を前記チャネル(41)で許容するように構成されていることを特徴とする、請求項8に記載の遠心分離機。
- 前記流れ誘導部(40)が、成形部品(38)により形成されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記成形部品(38)が、PUR、EPP、EPE、EPS等の発泡材料で作成されることを特徴とする、請求項10に記載の遠心分離機。
- 前記安全容器(26)が、前記成形部品(38)内に圧着接続により取り付けられていることを特徴とする、請求項10または請求項11に記載の遠心分離機。
- 前記成形部品(38)のみが、前記安全容器(26)を保持していることを特徴とする、請求項10乃至請求項12のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記出口開口(46)の断面が、前記チャネル(41)の最小断面積の少なくとも150%を有していることを特徴とする、請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載の遠心分離機。
- 前記出口開口(46)が、軸方向で見た場合に前記冷却体の最も深い流れ経路の上方に配置されているか、または、前記出口開口(46)が、前記ロータ(32)の前記駆動軸(37)用の駆動モータ(36)の上方に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載の遠心分離機。
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