KR101468922B1 - 원심분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 동력을 발생시키는 모터, 상기 모터에 축결합되어 회전 구동되는 로터, 상기 로터를 수용하는 챔버, 상기 챔버의 외주면을 권회하여 냉매를 통해 상기 챔버를 냉각시키는 냉각 파이프, 상기 챔버의 외측에 충진되는 단열재, 상기 모터를 지지하는 지지 프레임 및 상기 단열재를 상기 지지 프레임에 고정하는 복수의 고정유닛을 포함하는 원심분리기를 제공함으로써 방진효과 및 단열효과를 증대시키고 구조를 단순화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

원심분리기{CENTRIFUGE}

본 발명은 원심분리기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 단열재를 지지 프레임에 고정시키는 고정유닛을 구비함으로써 외부 케이싱을 제거하여 방진 및 단열 효과를 증대시키고, 챔버에 냉각 파이프를 수용하는 파이프 수용홈을 형성함으로써 챔버의 냉각 효율을 증대시키는 원심분리기 기술분야에 관한 것이다.

원심분리기는 시료를 고속으로 회전시켜 이때 발생하는 원심력을 이용하여 시료를 성분별로 분리하는 장치로 생명, 물리, 의학, 화학 등 다양한 분야의 실험에서 널리 사용되고 있다.

이러한 원심분리기는 시료를 튜브나 보틀 등의 용기를 이용하여 로터에 장착한 후에 고속 회전시켜서 시료에 높은 원심 가속도를 부여함으로써 고밀도의 시료 성분은 반경 방향의 외층에 자리 잡게 하고, 저밀도의 시료 성분은 반경 방향의 내층에 자리 잡도록 하여 그 구성 성분들을 분리시키게 되며, 로터는 회전 속도가 용도에 따라 다르고, 튜브 구멍이 고정식인 앵글 로터나, 튜브를 장전한 버킷이 로터의 회전에 의해 수직 상태로부터 수평 상태로 요동하는 스윙 로터 등이 있다.

특허문헌 1에 개시된 종래의 원심분리기는 챔버의 외측면에 냉각 파이프가 권회되어 챔버와 접촉하고 있으며, 냉각 파이프가 매설되도록 챔버의 외측에 단열재가 충진되고, 단열재는 외부 케이싱에 의해 밀폐되어 지지 프레임에 고정된다.

이때, 외부에서 받는 진동이 흡수되지 않고 외부 케이싱을 통해 전달되게 되는데, 이러한 진동 전달에 의해 시료 내의 물질들이 분리되지 않거나 소음이 발생할 수 있을 뿐 아니라 원심분리기 자체의 고장 원인이 되는 문제점을 내포하고 있었다.

또한, 설정되는 로터의 회전 속도 즉, 회전수는 고속에서부터 저속에 이르기까지 다양한데, 이러한 로터의 회전에 따라 공기와 로터의 마찰열이 커져 로터의 발열에 의해 시료의 온도가 상승할 우려가 있다. 따라서, 챔버를 냉각시키기 위해 챔버 외측에 냉매가 순환 공급되도록 냉각 파이프가 배치된다.

하지만, 종래의 냉각 파이프는 평평한 챔버의 외측 둘레면에 선 접촉으로 권회되어 있어 냉각 효율을 증대시키기 어려운 문제점도 내포하고 있었다.

일본공개특허공보 특개 2000-015142호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 단열재를 고정하는 고정유닛을 구비함으로써, 방진효과를 극대화시키고, 진동에 의한 소음 발생을 방지하는 원심분리기 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 챔버에 파이프 수용홈을 형성함으로써, 챔버와 파이프 수용홈과의 접촉면적을 증대시켜 냉각효율을 향상시킬 수 있는 원심분리기 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 원심분리기는, 회전 동력을 발생시키는 모터; 상기 모터에 축결합되어 회전 구동되는 로터; 상기 로터를 수용하는 챔버; 상기 챔버의 외주면을 권회하여 냉매를 통해 상기 챔버를 냉각시키는 냉각 파이프; 상기 챔버의 외측에 충진되는 단열재; 상기 모터를 지지하는 지지 프레임; 및 상기 단열재를 상기 지지 프레임에 고정하는 복수의 고정유닛;을 포함할 수 있다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 고정유닛은, 상기 단열재를 관통하는 볼트 가이드; 및 상기 볼트 가이드와 결합하는 너트;를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 고정유닛은, 상기 볼트 가이드가 삽입되는 홀이 형성된 가이드 프레임을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 고정유닛은, 상기 지지 프레임에 형성된 관통홀을 관통한 볼트 가이드와 너트가 결합하는 것이 바람직하다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 냉각 파이프는, 상기 챔버의 하부면에도 배치될 수 있다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 챔버는, 상기 냉각 파이프를 수용하는 파이프 수용홈이 형성될 수 있다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 파이프 수용홈의 깊이는 상기 냉각 파이프의 지름 미만인 것이 바람직하다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 파이프 수용홈과 상기 냉각 파이프는 면접촉하는 것이 바람직하다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 파이프 수용홈의 곡률은 상기 파이프 수용홈과 접촉되는 상기 냉각 파이프의 곡률과 동일한 것이 바람직하다.

본 발명의 원심분리기에 있어서, 상기 단열재는, 발포 우레탄 폼으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 단열재를 고정하는 고정유닛을 구비함으로써, 별도의 외부 케이싱 없이 단열재를 고정시켜 구조를 슬림화하고, 외부로부터의 진동을 단열재가 흡수하여 방진효과를 증대시킬 뿐 아니라 단열의 효과를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 챔버에 냉각 파이프를 수용하는 파이프 수용홈을 형성함으로써, 챔버와 냉각 파이프와의 접촉 면적 뿐 아니라 챔버와 로터실 내부와의 접촉 면적을 증대시켜 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 원심분리기의 요부 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 원심분리기의 요부 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에서의 "A" 부분의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고정유닛의 분해 단면을 확대 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.

소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", 하부(lower)", "위(above)", 상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성요소들과 다른 소자 또는 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.

본 발명은 원심분리기에 관한 것으로서, 복수의 고정유닛을 구비하여 외부 케이싱 없이 단열재를 지지 프레임에 고정시켜 방진 및 단열 효과를 증대하고 슬림화를 향상시킬 수 있는 구조를 제공하는 것을 요지로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 원심분리기의 요부 단면을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 원심분리기의 요부 단면을 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에서의 "A" 부분의 확대 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 고정유닛의 분해 단면을 확대 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 원심분리기는 회전축이 구비된 모터(120), 상기 모터(120)와 축 결합되는 로터(140), 상기 로터(140)가 수용되는 챔버(160), 상기 챔버(160)의 외주면에 권회되는 냉각 파이프(180), 상기 챔버(160)의 외측에 충진되는 단열재(190), 상기 모터(120)를 지지하는 지지 프레임(130) 및 단열재(190)를 고정하는 복수의 고정유닛(210)을 포함하여 이루어질 수 있다.

모터(120)는 원심분리기의 외형을 구성하는 하우징(110) 내에 회전축을 구비하여 상방을 향하도록 지지 프레임(130)에 의해 지지되며, 로터(140)가 회전할 수 있도록 회전 동력을 발생시킨다. 이때, 모터(120)는 댐퍼나 고무와 같은 완충부재에 의해 지지 프레임(130)에 지지되어 모터(120)의 고속 회전에 의해 원심분리기에서 발생하는 소음과 진동의 일부를 흡수할 수 있다.

로터(140)는 원심분리하는 시료가 내장되는 시료 용기(미도시)가 삽입되는 것으로, 상기 모터(120)와 축 결합되어 상기 모터(120)에서 발생된 회전동력이 전달되어 시료를 고속 회전시킨다.

챔버(160)는 내부에 상기 로터(140)를 수용하여 로터실(150)을 형성하며, 상부가 개구되어 커버부(170)에 의해 개폐된다. 상기 챔버(160)의 외주면에는 이하에서 설명하는 냉각 파이프(180)가 권회되어 형성되어 있으며, 상기 챔버(160)는 열용량이 작고, 부식에 강한 스테인리스 등의 금속 합금제로 이루어질 수 있다.

상기 챔버(160)는 도 1에서와 같이 냉각 파이프(180)와 선 접촉되도록 외주면이 원통형일 수 있지만, 도 2 내지 도 4에서와 같이 파이프 수용홈(165)을 형성할 수 있다.

이와 같이, 상기 챔버(160)에 상기 파이프 수용홈(165)을 형성함으로써, 상기 챔버(160)와 로터실(150) 공기와의 접촉 면적 뿐 아니라 상기 챔버(160)와 상기 냉각 파이프(180)와의 접촉 면적을 증대시킬 수 있게 되어 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 구현할 수 있게 된다.

상기 파이프 수용홈(165)의 단면 형상은 반원형, 반타원형, 오목형, V자형, U자형, 다각형 등 상기 냉각 파이프(180)를 전부 또는 일부 수용할 수 있는 구조이면 그 형상에는 제한이 없다.

보다 구체적으로, 상기 파이프 수용홈(165)이 도 2 내지 도 4에서와 같이 상기 냉각 파이프(180)와 면 접촉하는 형상, 선 접촉과 면 접촉이 동시에 이루어지는 형상 뿐 아니라, 선 접촉만이 이루어지는 형상이라 하더라도 챔버(160)의 표면적 증대에 의해 챔버(160)와 로터실(150)과의 접촉 면적이 증가하므로 냉각 효율이 향상된다.

이때, 로터(150)의 회전 공간을 확보함과 아울러 챔버(160) 크기의 소형화를 고려할 때, 상기 파이프 수용홈(165)의 깊이(D)는 상기 냉각 파이프(180)의 지름(R) 보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 파이프 수용홈(165)의 곡률은 접촉되는 상기 냉각 파이프(180)의 곡률과 동일하게 하여 상기 파이프 수용홈(165)과 상기 냉각 파이프(180)의 접촉 면적을 최대화하는 것이 바람직하다.

아울러, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 파이프 수용홈(165)과 상기 냉각 파이프(180)가 하나의 선 접촉으로 이루어질 수 있으며, V자형의 파이프 수용홈의 단면 형상과 같은 경우 두 개의 선 접촉이 이루어질 수도 있으며, 그 외의 단면 형상에 따라 셋 이상의 선 접촉이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 상술한 바와 같이 선 접촉과 면 접촉이 동시에 이루어질 수 있는 형상이라면 본 발명에 따른 파이프 수용홈(165)의 권리범위에 해당함은 당업자에게 자명하다 할 것이다.

냉각 파이프(180)는 상기 챔버(160)의 외주면에 권회되어 순환되는 냉매를 통해 상기 로터(140)의 회전에 의해 발생되는 풍손을 감소시켜 상기 챔버(160)를, 나아가서는 상기 로터실(150)의 온도를 감소시켜 상기 로터(140)를 냉각시키는 기능을 한다. 상기 냉각 파이프(180)는 상기 챔버(160)의 측면에만 권회될 수도 있으며, 냉각 효율을 증가시키기 위해 도면에서와 같이 상기 챔버(160)의 하부면에도 형성될 수 있다.

도면에는 도시하지 않았지만 냉매를 순환 공급하기 위하여 냉각 파이프(180)의 양단은 압축기, 응축기 및 캐필러리가 서로 접속되어 냉각계를 구성하는데, 더욱 상세히는 지지 프레임(130)의 하부에 상기 냉각 파이프(180)로부터 토출된 냉매를 압축하는 압축기와 압축된 냉매를 응축기 냉각용 팬으로부터 방열, 냉각하여 액화하는 응축기가 설치되어 캐필러리를 통해 냉각 파이프로 공급되어 냉매가 순환하는 냉동 사이클이 구성된다.

단열재(190)는 상기 챔버(160)의 외측면에 상기 냉각 파이프(180)를 덮도록 충진되어 열의 방사를 방지하는 것으로 발포 우레탄 폼으로 이루어질 수 있다.

종래의 원심 분리기는 단열재의 외측에 외부 케이싱이 형성되어 지지 프레임에 단열재를 고정시키는 구조였지만, 상기 외부 케이싱에 의해 외부에서 받는 진동이 흡수되지 않고 외부 케이싱을 통해 전달되게 되어, 시료 내의 물질들이 분리되지 않거나 소음이 발생할 수 있을 뿐 아니라 원심분리기 자체의 고장 원인이 되는 문제점을 가지고 있었다.

하지만, 본 발명은 별도의 외부 케이싱을 구비하지 않고 복수의 고정유닛(210)을 통해 상기 단열재(190)를 지지 프레임(130)에 직접 고정함으로써, 외부 케이싱 제거에 따른 구조의 슬림화 구현이 가능하고, 외부로부터의 진동을 단열재(190)가 흡수하여 방진효과를 증대시킬 뿐 아니라 단열의 효과를 향상을 실현할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 상기 고정유닛(210)은 상기 단열재(190)를 관통하는 볼트 가이드(211) 및 상기 볼트 가이드(211)와 결합하는 너트(213)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 단열재(190) 내부에는 볼트 가이드 관통홀이 형성되어 상기 볼트 가이드(211)가 상기 단열재(190)를 관통할 수 있도록 하며, 상기 단열재(190)를 관통한 볼트 가이드(211)는 지지 프레임(130)에 형성된 관통홀(135)을 관통하여 너트(213)와 결합함으로써 상기 단열재(190)는 상기 지지 프레임(130)에 고정된다. 이때, 상기 고정유닛(210)은 상기 볼트 가이드(211)가 볼트 가이드 관통홀을 통해 상기 단열재(190)를 직접 관통하여 너트(213)와 결합하는 구조일 수도 있으며, 고정력 향상을 위해 홀이 형성되어 상기 단열재(190)를 관통하는 가이드 프레임(212)을 구비하여 상기 볼트 가이드(211)가 상기 가이드 프레임(130)의 홀에 삽입되어 너트(213)와 결합하는 구조로 이루어질 수도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

110: 하우징
120: 모터
130: 지지 프레임
135: 관통홀
140: 로터
150: 로터실
160: 챔버
165: 파이프 수용홈
170: 커버부
180: 냉각 파이프
190: 단열재
210: 고정유닛
211: 볼트 가이드
212: 가이드 프레임
213: 너트

Claims (10)

1. 회전 동력을 발생시키는 모터;
   상기 모터에 축결합되어 회전 구동되는 로터;
   상기 로터를 수용하는 챔버;
   상기 챔버의 외주면을 권회하여 냉매를 통해 상기 챔버를 냉각시키는 냉각 파이프;
   상기 챔버의 외측에 충진되는 단열재;
   상기 모터를 지지하는 지지 프레임; 및
   상기 단열재를 상기 지지 프레임에 고정하는 복수의 고정유닛;을 포함하되,
   상기 챔버는,
   상기 냉각 파이프를 수용하는 파이프 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정유닛은,
   상기 단열재를 관통하는 볼트 가이드;
   상기 볼트 가이드와 결합하는 너트;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정유닛은,
   상기 볼트 가이드가 삽입되는 홀이 형성된 가이드 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 고정유닛은,
   상기 지지 프레임에 형성된 관통홀을 관통한 볼트 가이드와 너트가 결합하는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 파이프는,
   상기 챔버의 하부면에도 배치되는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 파이프 수용홈의 깊이는 상기 냉각 파이프의 지름 미만인 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
   상기 파이프 수용홈과 상기 냉각 파이프는 면접촉하는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 파이프 수용홈의 곡률은 상기 파이프 수용홈과 접촉되는 상기 냉각 파이프의 곡률과 동일한 것을 특징으로 하는 원심분리기.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 단열재는,
    발포 우레탄 폼으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원심분리기.
    

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