WO2012171624A1 - Zentrifuge mit kompressorkühlung - Google Patents

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WO2012171624A1
WO2012171624A1 PCT/EP2012/002435 EP2012002435W WO2012171624A1 WO 2012171624 A1 WO2012171624 A1 WO 2012171624A1 EP 2012002435 W EP2012002435 W EP 2012002435W WO 2012171624 A1 WO2012171624 A1 WO 2012171624A1
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WO
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centrifuge
base plate
iib
iia
cooling device
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/002435
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Müller
Sven Fischer
Original Assignee
Eppendorf Ag
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Filing date
Publication date
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Priority to US13/858,060 priority patent/US20130219926A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B15/00—Other accessories for centrifuges
    • B04B15/02—Other accessories for centrifuges for cooling, heating, or heat insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B7/00—Elements of centrifuges
    • B04B7/02—Casings; Lids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D31/00—Other cooling or freezing apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a centrifuge, in particular a laboratory centrifuge, according to the preamble of claim 1 and a method for cooling a centrifuge according to the preamble of claim 12.
  • the ambient air is passed directly through the centrifuge bowl at the centrifuge rotor, with the rotor acting as a kind of radial fan.
  • the centrifuge lid and / or centrifuge bowl has an inlet opening near the axis and an outlet opening arranged at a distance from the axis of rotation.
  • the centrifuge tank must have an outlet opening for it, which, however, also permits a material outlet.
  • a disadvantage of the direct cooling results from the use of ambient air as a coolant: the sample can be cooled to a maximum of only the temperature of the ambient air.
  • the rotor In indirect cooling, the rotor is enclosed in the centrifuge vessel under the centrifuge lid and no cooling channel or the like is provided. The air circulates therefore only within the centrifuge bowl. Cooling is now achieved by a second medium, which is passed on the outside of the boiler. This can either be ambient air, which is conducted past the outside of the boiler, as is realized, for example, in the case of the centrifuge 5424 from Eppendorf AG.
  • the cooling device consists of a compressor cooling with tubes and heat exchangers which are arranged above the device-side base plate, wherein a special coolant via pipes, for example, spirally on the boiler, ie the side walls and the bottom of the boiler, abuts, is passed to the boiler to remove heat.
  • a special coolant via pipes for example, spirally on the boiler, ie the side walls and the bottom of the boiler, abuts, is passed to the boiler to remove heat.
  • An advantage of indirect cooling is the better controllability of the temperature to be set compared to
  • the base plate of the centrifuge which is usually made of metal, is used in prior art centrifuges only for the passive removal of a portion of the heat from the interior of the housing.
  • the object of the present invention is to further improve the active indirect cooling of centrifuges.
  • the space requirement should be reduced, so that the centrifuges can be kept more compact at the same Zentrifugierkapaztician or centrifuging capacity can be increased with the same dimensions.
  • a saving of components and thus a saving of costs and assembly time should be made possible in particular.
  • the inventors have recognized that in modern centrifuges can be dispensed with a separate condenser or gas cooler for the cooling medium of the compressor cooling when the base plate itself is used as a heat exchanger for the coolant to dissipate the heat.
  • the gas cooler heat is not dissipated by the condenser, but in a transcritical process, sensible heat is released from the hot gas.
  • the condenser on the other hand, a phase transformation takes place via three processes: the defrosting of the hot gas, the liquefaction and the subcooling of the liquid refrigerant. From the basic structure as a component condenser and gas cooler are the same design and need to be designed according to the particular application. Therefore, in the following uniformly spoken of liquefier, although gas coolers are included.
  • the base plate for passive cooling i. to dissipate the heat from the electronics of the centrifuge
  • the cooling medium flowing from the compressor which may have a temperature of up to 120 ° C, depending on the ambient temperature to temperatures of about 35 ° C (at an ambient temperature of about 20 ° C) cooled.
  • the base plate is in heat-conducting connection with the compressor cooling device such that the base plate forms a heat exchanger of the compressor cooling device and thus acts at least as part of a condenser for the cooling medium of the compressor cooling device.
  • a conduit means for the coolant is provided on and / or in the base plate, wherein the conduit means is preferably formed as a tube.
  • the base plate as a condenser structurally very simple design.
  • the conduit means is cast into the base plate or that the base plate is constructed at least in two parts and the conduit means arranged in the parting plane between the two parts, in particular in at least one part is incorporated.
  • the conduit means may be cast into the base plate, in particular using a copper tube which is cast into the aluminum base plate.
  • a sandwich construction can take place, in which case a relatively high accuracy of fit has to be ensured in order to prevent leaks.
  • an inserted pipeline can also be used in the sandwich construction in order to prevent leaks. Again, a high accuracy of fit is required so that an optimal heat transfer between the pipe and the sandwich parts of the base plate is guaranteed, otherwise obstructed air or the like heat transfer.
  • a means for improving the heat transfer, for example a thermal compound, between the pipeline and sandwich parts of the base plate is preferably arranged.
  • the base plate has at least one surface-enlarging element, in particular one or more cooling ribs, on at least one of the two major main surfaces. Then, the base plate can give off the heat of the coolant particularly well, because its surface is advantageously increased for cooling and optionally can be used in an active cooling of the base plate to reduce noise with a slow / low air flow.
  • these cooling fins can also be used expediently for an airflow duct of active cooling. For these elements, no separate space must be provided, as due to the bearing plate between the base plate and boiler enough space is available and even below the base plate is such space available.
  • the base plate has at least one opening which is not in fluid communication with the conduit means.
  • passively or actively generated air flows can be very well steered, because such an air flow can now also pass through the base plate itself.
  • such breakthroughs are used to selectively interrupt or reduce the thermal conductivity of the base plate, thereby separating the warm input from the cold outlet in the condenser and thus to increase its effectiveness.
  • the ventilation means such as a fan, is in operative connection with the base plate and is preferably adapted to generate an air flow in the housing of the centrifuge, which enters the housing laterally and / or on the bottom side.
  • an air-permeable cover of ventilation openings can be provided in the housing.
  • this ventilation means is particularly effective in removing heat generated by the engine and drive electronics created in the boiler room by air resistance introduced by the samples to be centrifuged themselves or by centrifugation, and heat from outside, for example, penetrates through the lid in the centrifuge. This venting means thus provides significant support to the compressor cooling.
  • the base plate is arranged on the housing of the centrifuge that the heat transfer between the base plate and the housing is interrupted or at least reduced.
  • a heat-insulating connection is preferably arranged between the base plate and the housing of the centrifuge.
  • Self-contained protection is claimed for the inventive method for cooling a centrifuge, in particular a laboratory centrifuge, wherein a compressor cooling device is provided, which is characterized in that a base plate of the centrifuge is used at least as part of a condenser of the compressor cooling device.
  • a ventilation means which generates an air flow parallel to and / or ascending through the base plate. This creates a particularly effective active cooling of the base plate so that it acts particularly effectively as a condenser.
  • the centrifuge according to the invention is particularly suitably used.
  • Fig. 1 is a plan view of a centrifuge with condenser according to the prior
  • FIG. 2 is an overall perspective view of the centrifuge of FIG. 1, a top view of the centrifuge according to the invention without housing components,
  • FIG. 3 different overall perspective views of the centrifuge according to the invention according to FIG. 3,
  • the base plate for the centrifuge according to the invention according to FIG. 3 in a second preferred embodiment as a sandwich base plate with the upper part in a perspective view from above,
  • the base plate for the centrifuge according to the invention according to FIG. 3 in the second preferred embodiment as a sandwich base plate with the upper part in a perspective view from below,
  • the base plate for the centrifuge according to the invention of FIG. 3 in the second preferred embodiment as a sandwich base plate with the lower part in a perspective view from above and the base plate for the centrifuge according to the invention of FIG. 3 in the second preferred embodiment in section.
  • Fig. 1 is shown purely schematically in a partial plan view of a known from the prior art laboratory centrifuge 1, in addition to the electronics 2, the centrifuge vessel 3 and the underlying motor (not shown), the centrifuge rotor 4, the compressor 5 and the base plate 6 has a condenser 7. Between compressor 5 and condenser 7, a fan 8 for the condenser 7 is arranged. In Fig. 2, this known centrifuge 1 is shown in perspective together with the housing 9 and cover 9a.
  • FIG. 3 the centrifuge 10 according to the invention is shown purely schematically in a preferred embodiment in the partial plan view.
  • Fig. 4a, 4b the centrifuge 10 according to the invention is shown in different perspective views.
  • the centrifuge 10 has a base plate 1 1 and a vessel 12 with centrifuge rotor 13, wherein on the base plate 1 1 below the boiler via its bearing plate of the centrifuge motor (bearing shield and centrifuge motor form in a manner known to those skilled in a unitary component and are not shown separately).
  • the centrifuge 10 has a compressor cooling 14 with a coolant line 15 which is guided through the base plate 11.
  • FIGS. 5 to 8 and FIGS. 9 to 13 two different preferred embodiments of the base plate I I a, I I b are shown in more detail.
  • FIG. 5 to 8 is a base plate I I a, which is formed in two parts, wherein for the preparation of this base plate I Ia in the casting process, a pipe 22 has been poured into the base plate body 23.
  • the pipe 22 is preferably made of copper while the base plate body 23 is preferably cast of aluminum.
  • a base plate I Ib which is formed in several parts, wherein the base plate I Ia consists of an upper part 40 and a lower part 41. Both were manufactured using the casting process and have the formations 42, 43 for a pipeline. However, instead of cast parts 40, 41, these can also be produced by milling and the like. By screwing, gluing or welding or other means of connection of the two base plate parts 40, 41 results in an integrally formed base plate I Ib in which there is also material connection. In order to prevent the risk of leaks and the like, it is necessary to work very precisely here. Alternatively, a separate pipe between the plates can be inserted.
  • a means for improving the heat transfer for example a thermal compound, is preferably provided between the parts of the base plate and the inserted pipeline. Also in this case, a very exact configuration of the formations and the tube is required to ensure good heat transfer between the pipe and the sub-plates of the base plate.
  • ribs 46, 47 are also provided in the base plate I Ib .
  • Fig. 13 is specifically seen that the upper part 40 is inserted into the lower part 41 and that the pipe 50 is located in the parting plane T.
  • the ventilation slots 18 arranged in the base plate 1 1, II a, II b serve not only as openings for the passage of air but also for separating warmer and colder zones in the base plate 11, IIa, 11b, the warmer zone being the who is inside, while the colder zone at the edge of the base plate 1 1, II a, II b runs.
  • Connection point 29 thus feeds the warmer zone and connection point 28 is used for removal from the colder zone.
  • the base plate 1 1, I I a, I I b serves as a heat exchanger surface and thus acts for the guided through the coolant line 22, 50 coolant the compressor cooling 14 as condenser 51, 51 a, 51 b.
  • the base plate 1 1, I I a, I I b takes on the heat of the coolant and gives it over their means of the ribs 32, 33, 46, 47 extended surface 30, 31, 44, 45 from. These ribs 32, 33, 46, 47 also generate in connection with the fan 17 an air flow, which dissipates the heat to the outside and thus the centrifuge 10 cools overall.
  • the base plate 1 1, I I a, I Ib is arranged in the centrifuge 10 so that there is no direct thermal contact with the housing 19.
  • the openings 18, 20, 21 are also covered with a gauze (not shown) or the like, so that fire protection requirements is satisfied.
  • I I a, I I b ribs 32, 33, 46, 47 which are aligned parallel to each other, are basically also angular, i. 180 ° deviating arrangements to each other possible.
  • two or more groups of ribs may be provided, wherein the ribs within the group are parallel to each other, but an angle exists between the groups.
  • all ribs have an angle among each other. As a result, particularly advantageous air flows can be adjusted.
  • the centrifuge 10 according to the invention has improved cooling to the extent that its space requirement is reduced, so that the centrifuge 10 can be kept more compact at the same Zentrifugierkapaztician or at the same Bauhoff Zentrifugierkapaztician can be increased.
  • a saving of components is possible and thus a saving of costs and assembly time.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge (10) und ein Verfahren zur Kühlung einer Zentrifuge (10). Die erfindungsgemäße Zentrifuge (10) weist eine dahingehend verbesserte Kühlung (11, 14, 15) auf, dass deren Bauraumbedarf reduziert ist, so dass die Zentrifuge (10) bei gleicher Zentrifugierkapazität kompakter gehalten werden kann oder bei gleichem Baumaß die Zentrifugierkapazität erhöht werden kann. Außerdem wird eine Einsparung von Bauteilen ermöglicht und damit eine Einsparung von Kosten und Montagezeit.

Description

Zentrifuge mit Kompressorkühlung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere eine Laborzentrifuge, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Kühlung einer Zentrifuge nach dem Oberbegriff von Anspruch 12.
Bei der Zentrifugation entsteht während der Drehung des Zentrifugenrotors im Zentrifugenkessel Wärme durch Luftreibung und elektrische Verlustleistung. Da der Zentrifugenkessel zum Verhindern eines Austritts von Zentrifugiergut mit einem Deckel verschlossen ist, kann dieser Wärmeeintrag nicht ohne weiteres abgeführt werden und führt zu einer Erhöhung der Temperatur des Zentrifugiergutes.
Diese Temperaturerhöhung ist jedoch unerwünscht, da sie zu einer Zerstörung bzw. Unbrauchbarkeit der zentrifugierten Proben führen kann. Üblicherweise müssen die Proben auf einer definierten Temperatur gehalten werden, beispielsweise je nach Anwendung auf Temperaturen von 4 °C, 22 °C oder 37 °C. Daher wurden schon in der Vergangenheit Vorkehrungen zur Vermeidung einer Erhöhung der Temperatur des Zentrifugiergutes getroffen. Dies kann zum einen durch direkte Kühlung erfolgen oder durch indirekte Kühlung mittels Wärmetauscherprinzip. Bei der direkten Kühlung (mittelbare Kühlung) besteht kein direkter Kontakt zwischen Kühlmedium und zu kühlendem Gut bzw. Umhüllung des zu kühlenden Guts.
Bei der direkten Kühlung wird die Umgebungsluft unmittelbar am Zentrifugenrotor durch den Zentrifugenkessel geleitet, wobei der Rotor als eine Art Radiallüfter wirkt. Dazu weist der Zentrifugendeckel und/oder Zentrifugekessel achsennah eine Einlassöffnung und eine in Bezug auf die Rotationsachse entfernter angeordnete Auslassöffnung auf. Eine solche direkte Kühlung hat sich zwar bewährt, jedoch muss der Zentrifugenkessel dazu eine Auslassöffnung aufweisen, die allerdings auch einen Materialaustritt gestattet. Ein Nachteil der direkten Kühlung ergibt sich aus der Verwendung der Umgebungsluft als Kühlmittel: das Probengut kann maximal nur auf die Temperatur der Umgebungsluft abgekühlt werden.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei der mittelbaren Kühlung ist der Rotor im Zentrifugenkessel unter dem Zentrifugendeckel eingeschlossen und es ist kein Kühlkanal oder dergleichen vorgesehen. Die Luft zirkuliert daher nur innerhalb des Zentrifugenkessels. Eine Kühlung wird nun durch ein zweites Medium erreicht, das an der Außenseite des Kessels vorbeigeführt wird. Dabei kann es sich entweder um Umgebungsluft handeln, die am Kesseläußeren vorbeigeleitet wird, wie es z.B. bei der Zentrifuge 5424 der Eppendorf AG verwirklicht ist. Alternativ besteht die Kühlvorrichtung aus einer Kompressorkühlung mit Rohren und Wärmetauschern, die oberhalb der geräteseitigen Basisplatte angeordnet sind, wobei ein spezielles Kühlmittel über Rohrleitungen, die beispielsweise spiralförmig an dem Kessel, d.h. den Seitenwänden und dem Boden des Kessels, anliegen, an dem Kessel vorbeigeführt wird, um Wärme abzutransportieren. Bei letzterer Variante der mittelbaren Kühlung ist auch eine Abkühlung des Probenguts auf eine Temperatur unter die Temperatur der Umgebungsluft möglich. Ein Vorteil der mittelbaren Kühlung ist die bessere Regelbarkeit der einzustellenden Temperatur im Vergleich zur direkten Kühlung.
Die üblicherweise aus Metall gefertigte Basisplatte der Zentrifuge dient bei Zentrifugen nach dem Stand der Technik lediglich zur passiven Abfuhr eines Anteiles der Wärme aus dem Inneren des Gehäuses.
Aber auch bei in Vakuum laufenden Rotoren, bei so genannten Ultrazentrifugen, wird dieses Prinzip der passiven Kühlung über die Basisplatte verwendet, wie es beispielsweise in der DE 23 43 070 AI offenbart ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aktive mittelbare Kühlung von Zentrifugen weiter zu verbessern. Insbesondere soll der Bauraumbedarf reduziert werden, so dass die Zentrifugen bei gleicher Zentrifugierkapazität kompakter gehalten werden können oder bei gleichem Baumaß die Zentrifugierkapazität erhöht werden kann. Außerdem soll insbesondere eine Einsparung von Bauteilen und damit eine Einsparung von Kosten und Montagezeit ermöglicht werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Zentrifuge nach Anspruch 1 und dem Kühlungsverfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfinder haben erkannt, dass bei modernen Zentrifugen auf einen gesonderten Verflüssiger bzw. Gaskühler für das Kühlmedium der Kompressorkühlung verzichtet werden kann, wenn die Basisplatte selbst als Wärmetauscher für das Kühlmittel zur Abfuhr von dessen Wärme genutzt wird. Beim Gaskühler findet die Wärmeabgabe nicht durch den Verflüssiger statt, sondern es wird bei einem transkritischen Prozess sensible Wärme aus dem heißen Gas abgegeben. Beim Verflüssiger hingegen findet eine Phasenumwandlung über drei Vorgänge statt: das Enthitzen des Heißgases, das Verflüssigen und das Unterkühlen des flüssigen Kältemittels. Vom prinzipiellen Aufbau als Bauteil sind Verflüssiger und Gaskühler gleich ausgebildet und müssen nur nach der jeweiligen Anwendung entsprechend ausgelegt werden. Daher wird im Folgenden einheitlich von Verflüssiger gesprochen, wenn auch Gaskühler umfasst sind.
Während bisher also die Basisplatte zur passiven Kühlung, d.h. zur Abfuhr der Wärme der Elektronik der Zentrifuge diente, ist sie jetzt Bestandteil einer Kompressorkühlung und somit einer aktiven Kühlung der Zentrifuge. Dabei wird das aus dem Kompressor strömende Kühlmedium, das eine Temperatur von bis zu 120 °C aufweisen kann, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur auf Temperaturen von ca. 35 °C (bei einer Umgebungstemperatur von ca. 20 °C) abgekühlt. Durch den Verzicht auf den gewöhnlichen Verflüssiger der Kompressorkühlung steht zusätzlicher Bauraum seitlich/vor/hinter dem Rotor zur Verfügung, weil solche Verflüssiger bisher stets dort angeordnet waren. Dieser zusätzliche Bauraum kann nun auch für die Unterbringung der Steuerelektronik verwendet werden, die wegen der Gefahr von Tauwasserbildung grundsätzlich nicht unterhalb des Rotors, Rohren oder anderen Teilen der Käteanlage angeordnet werden sollte.
Für die Zentrifuge, insbesondere Laborzentrifuge, die einen Zentrifugenrotor, einen Zentrifugenmotor, eine Kompressorkühlvorrichtung und ein Maschinengestell mit einer Basisplatte aufweist, ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Basisplatte in Wärme leitender Verbindung mit der Kompressorkühlvorrichtung steht derart, dass die Basisplatte einen Wärmetauscher der Kompressorkühlvorrichtung bildet und so zumindest als ein Teil eines Verflüssigers für das Kühlmedium der Kompressorkühlvorrichtung wirkt.
Durch diese Ausgestaltung kann auf einen gesonderten Verflüssiger verzichtet werden und dessen Bauraum wird nicht benötigt, wodurch sich Baumaßvorteile der erfindungsgemäßen Zentrifuge gegenüber bisherigen Ausgestaltungen ergeben. Alternativ kann natürlich auch die Zentrifugierkapazität bei gleich bleibendem Baumaß erhöht werden. Außerdem verringern sich die Kosten und der Montageaufwand.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an und/oder in der Basisplatte ein Leitungsmittel für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei das Leitungsmittel bevorzugt als Rohr ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Basisplatte als Verflüssiger konstruktiv besonders einfach aufgebaut. Außerdem kann durch die Ausbildung als Rohr eine optimale Dichtigkeit gewährleistet werden und auch die Strömung in einem Rohr verläuft optimal und kann besonders widerstandslos ausgebildet werden, was sonst zu Druckabfall und somit zu einer Verschlechterung der Kühlung führen würde.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das Leitungsmittel in die Basisplatte eingegossen ist oder dass die Basisplatte zumindest zweiteilig aufgebaut ist und das Leitungsmittel in der Trennebene zwischen den beiden Teilen angeordnet, insbesondere in zumindest einen Teil eingearbeitet ist. Beispielsweise kann das Leitungsmittel in die Basisplatte eingegossen sein, wobei insbesondere ein Kupferrohr verwendet wird, das in die Basisplatte aus Aluminium eingegossen wird. Alternativ kann auch ein Sandwichaufbau erfolgen, wobei dann für eine relativ hohe Passgenauigkeit zu sorgen ist, um Leckagen zu verhindern. Alternativ kann auch beim Sandwichaufbau eine eingefügte Rohrleitung verwendet werden, um Leckagen auszuschließen. Auch hier ist eine hohe Passgenauigkeit erforderlich, damit ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Rohrleitung und den Sandwichteilen der Basisplatte gewährleistet ist, da ansonsten Lufteinschlüsse oder ähnliches den Wärmeübergang behindern. Um dies auszuschließen, wird bevorzugt ein Mittel zur Verbesserung der Wärmeübertragung, z.B. eine Wärmeleitpaste, zwischen Rohrleitung und Sandwichteilen der Basisplatte angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Basisplatte zumindest auf einer der beiden großen Hauptflächen zumindest ein die Oberfläche vergrößerndes Element, insbesondere eine oder mehrere Kühlrippen aufweist. Dann kann die Basisplatte die Wärme des Kühlmittels besonders gut abgeben, weil dessen Oberfläche für eine Kühlung vorteilhaft vergrößert ist und gegebenenfalls bei einer aktiven Kühlung der Basisplatte zur Geräuschreduzierung mit einem langsamen/geringem Luftstrom gearbeitet werden kann. Zudem können diese Kühlrippen auch zweckmäßig für eine Luftstromleitung einer aktiven Kühlung verwendet werden. Für diese Elemente muss auch kein gesonderter Bauraum bereitgestellt werden, da aufgrund des Lagerschildes zwischen Basisplatte und Kessel genügend Platz zur Verfügung steht und auch unterhalb der Basisplatte steht solcher Bauraum zur Verfügung.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Basisplatte zumindest eine Durchbrechung aufweist, die nicht in fluider Verbindung mit dem Leitungsmittel steht. Dadurch können passiv oder aktiv erzeugte Luftströme sehr gut gelenkt werden, weil ein solcher Luftstrom nun auch durch die Basisplatte selbst hindurch treten kann. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden solche Durchbrüche dazu genutzt, die Wärmeleitfähigkeit der Basisplatte gezielt zu unterbrechen bzw. zu vermindern, um dadurch den warmen Eingang vom kalten Ausgang im Verflüssiger zu trennen und somit dessen Effektivität zu erhöhen.
Auch wenn eine passive Kühlung der Basisplatte durch geeignete Luftstromführung u.a. mit Hilfe der die Oberflächen vergrößernden Elemente durchaus möglich ist, wird zur Vermeidung eines Wärmestaus innerhalb der Zentrifuge besonders zweckmäßig eine aktive Kühlung der Basisplatte mittels zumindest eines Lüftungsmittels vorgesehen. Dabei steht das Lüftungsmittel, beispielsweise ein Ventilator, in Wirkverbindung mit der Basisplatte und ist bevorzugt angepasst, einen Luftstrom in dem Gehäuse der Zentrifuge zu erzeugen, der seitlich und/oder bodenseitig in das Gehäuse eintritt. Zur Erhöhung der Brandsicherheit kann eine luftdurchlässige Abdeckung von Lüftungsöffnungen im Gehäuse vorgesehen werden Dieses Lüftungsmittel ist zusätzlich besonders wirksam hinsichtlich des Abtransports von Wärme, die von Motor und Antriebselektronik erzeugt wird, die im Kesselraum durch Luftwiderstand entsteht, die durch die zu zentrifugierenden Proben selbst eingetragen wird bzw. durch das Zentrifugieren entsteht, sowie Wärme, die von Außen, beispielsweise durch den Deckel in die Zentrifuge eindringt. Durch dieses Lüftungsmittel wird somit eine bedeutende Unterstützung der Kompressorkühlung bereitgestellt.
Um ein Berühren von heißen Teilen der Zentrifuge zu verhindern, kann vorgesehen werden, dass die Basisplatte so an dem Gehäuse der Zentrifuge angeordnet ist, dass der Wärmeübergang zwischen der Basisplatte und dem Gehäuse unterbrochen oder zumindest vermindert ist. Hierzu wird vorzugsweise zwischen der Basisplatte und dem Gehäuse der Zentrifuge eine Wärme isolierende Verbindung angeordnet.
Selbständiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung einer Zentrifuge, insbesondere einer Laborzentrifuge, wobei eine Kompressorkühlvorrichtung vorgesehen ist, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Basisplatte der Zentrifuge zumindest als ein Teil eines Verflüssigers der Kompressorkühlvorrichtung verwendet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Lüftungsmittel vorgesehen ist, dass einen Luftstrom parallel zur und/oder aufsteigend durch die Basisplatte erzeugt. Dadurch wir eine besonders effektive aktive Kühlung der Basisplatte erzeugt, so dass diese besonders wirksam als Verflüssiger wirkt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird besonders zweckmäßig die erfindungsgemäße Zentrifuge verwendet.
Die Kennzeichen der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Zentrifuge mit Verflüssiger nach dem Stand der
Technik ohne Gehäusebauteile,
Fig. 2 eine perspektivische Gesamtansicht der Zentrifuge nach Fig. 1 , eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Zentrifuge ohne Gehäusebauteile,
unterschiedliche perspektivische Gesamtansichten der erfindungsgemäßen Zentrifuge nach Fig. 3,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht von oben,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der ersten bevorzugten Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht von unten,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in einer ersten bevorzugten Ausgestaltung in einer Draufsicht,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der ersten bevorzugten Ausgestaltung im Schnitt,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung als Sandwich-Basisplatte mit dem oberen Teil in einer perspektivischen Ansicht von oben,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung als Sandwich-Basisplatte mit dem oberen Teil in einer perspektivischen Ansicht von unten,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung als Sandwich-Basisplatte mit dem unteren Teil in einer perspektivischen Ansicht von unten,
die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung als Sandwich-Basisplatte mit dem unteren Teil in einer perspektivischen Ansicht von oben und die Basisplatte für die erfindungsgemäße Zentrifuge nach Fig. 3 in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung im Schnitt.
In Fig. 1 ist rein schematisch in einer ausschnittsweisen Draufsicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Laborzentrifuge 1 dargestellt, die neben der Elektronik 2, dem Zentrifugenkessel 3 und dem darunterliegendem Motor (nicht gezeigt), dem Zentrifugenrotor 4, dem Kompressor 5 und der Basisplatte 6 einen Verflüssiger 7 aufweist. Zwischen Kompressor 5 und Verflüssiger 7 ist ein Lüfter 8 für den Verflüssiger 7 angeordnet. In Fig. 2 ist diese bekannte Zentrifuge 1 perspektivisch zusammen mit dem Gehäuse 9 und Deckel 9a gezeigt.
In Fig. 3 ist rein schematisch die erfindungsgemäße Zentrifuge 10 in einer bevorzugten Ausgestaltung in der ausschnittsweisen Draufsicht dargestellt. In Fig. 4a, 4b ist die erfindungsgemäße Zentrifuge 10 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten gezeigt.
Es ist zu erkennen, dass die Zentrifuge 10 eine Basisplatte 1 1 und einen Kessel 12 mit Zentrifugenrotor 13 aufweist, wobei an der Basisplatte 1 1 unterhalb des Kessels über sein Lagerschild der Zentrifugenmotor (Lagerschild und Zentrifugenmotor bilden in für den Fachmann bekannter Weise ein einheitliches Bauteil und sind nicht extra gezeigt) angeordnet ist. Die Zentrifuge 10 weist eine Kompressorkühlung 14 mit einer Kühlmittelleitung 15 auf, die durch die Basisplatte 1 1 geführt wird. Weiterhin weist die Zentrifuge 10 Steuerelektronik 16 und zwei Lüfter 17 auf, die über Lüftungsschlitze 18 in der Basisplatte 1 1 und im Gehäuse 19 angeordnete Lüftungsschlitze 20 Luft in das Gehäuse 19 ansaugt und durch Lüftungsschlitze 21 aus dem Gehäuse 19 ausleitet.
In den Fig. 5 bis 8 sowie Fig. 9 bis 13 sind zwei verschiedene bevorzugte Ausgestaltungen der Basisplatte I I a, I I b näher dargestellt.
In der ersten bevorzugten Ausgestaltung nach Fig. 5 bis 8 handelt es sich um eine Basisplatte I I a, die zweiteilig ausgebildet ist, wobei zur Herstellung dieser Basisplatte I I a im Gussverfahren eine Rohrleitung 22 in den Basisplattenkörper 23 eingegossen wurde. Dadurch wird ein idealer Wärmeübergang durch Stoffschluss erzielt. Andererseits besteht keine Gefahr von Leckagen und dgl., weshalb diese Ausbildung besonders sicher ist. Die Rohrleitung 22 besteht vorzugsweise aus Kupfer während der Basisplattenkörper 23 vorzugsweise aus Aluminium gegossen wird.
Ebenfalls zu erkennen sind eine Öffnung 25 und Befestigungspunkte 26 zur Aufnahme und Befestigung von Lagerschild und Zentrifugenmotor (beides nicht gezeigt). Außer- dem sind Befestigungspunkte 27 zur Befestigung der Kompressorkühlung 14 vorgesehen und Anschlusspunkte 28, 29 zum Anschluss der Rohrleitung 22 an die Kompressorkühlung 14. Sowohl an der Oberseite 30 als auch an der Unterseite 31 sind Kühlrippen 32, 33 vorgesehen, die parallel zueinander angeordnet sind und eine Luftströmungsrichtung definieren.
In der zweiten bevorzugten Ausgestaltung nach Fig. 9 bis 13 handelt es sich um eine Basisplatte I Ib, die mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Basisplatte I Ia aus einem Oberteil 40 und einem Unterteil 41 besteht. Beide wurden im Gussverfahren hergestellt und weisen in der Ausformungen 42, 43 für eine Rohrleitung auf. Anstelle von gegossenen Teilen 40, 41 können diese allerdings auch durch Fräsen und dgl. hergestellt werden. Durch Verschrauben, Verkleben oder Verschweißen oder andere Verbindungsmöglichkeiten der beiden Basisplattenteile 40, 41 entsteht eine einstückig ausgebildete Basisplatte I Ib bei der ebenfalls Stoffschluss vorliegt. Um die Gefahr von Leckagen und dgl. zu verhindern, muss hier sehr exakt gearbeitet werden. Alternativ kann auch eine gesonderte Rohrleitung zwischen die Platten eingelegt werden. In diesem Fall wird bevorzugt zwischen den Teilen der Basisplatte und der eingelegten Rohrleitung ein Mittel zur Verbesserung des Wärmeübergangs, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, vorgesehen. Auch in diesem Fall ist eine sehr exakte Ausgestaltung der Ausformungen und des Rohres erforderlich, um einen guten Wärmeübergang zwischen der Rohrleitung und den Teilplatten der Basisplatte zu gewährleisten.
Auch in der Basisplatte I Ib sind eine Öffnung 25 und Befestigungspunkte 26 zur Aufnahme und Befestigung von Lagerschild und Zentrifugenmotor (nicht gezeigt) vorgesehen und sowohl an der Oberseite 44 als auch Unterseite 45 der Basisplatte 1 l b sind Rippen 46, 47 wiederum parallel zueinander angeordnet. Zum Anschluss an die Kompressorkühlung 14 sind Anschlüsse 48, 49 vorgesehen. In Fig. 13 ist speziell zu erkennen, dass das Oberteil 40 in das Unterteil 41 eingelegt ist und dass die Rohrleitung 50 in der Trennebene T liegt.
Die in der Basisplatte 1 1 , I I a, I I b angeordneten Lüftungsschlitze 18 dienen dabei nicht nur als Öffnungen zur Luftdurchführung sondern auch zum Trennen von wärmeren und kälteren Zonen in der Basisplatte 1 1 , I I a, I Ib, wobei die wärmere Zone die- jenige ist, die innen liegt, während die kältere Zone am Rand der Basisplatte 1 1 , I I a, I I b verläuft. Anschlusspunkt 29 speist somit die wärmere Zone und Anschlusspunkt 28 dient zur Entnahme aus der kälteren Zone.
Im Betriebszustand der Zentrifuge 10 dient die Basisplatte 1 1 , I I a, I I b beidseitig als Wärmetauscherfläche und wirkt somit für das durch die Kühlmittelleitung 22, 50 geführte Kühlmittel der Kompressorkühlung 14 als Verflüssiger 51 , 51 a, 51 b. Die Basisplatte 1 1 , I I a, I I b nimmt dabei die Wärme des Kühlmittels auf und gibt sie über ihre mittels der Rippen 32, 33, 46, 47 erweitere Oberfläche 30, 31 , 44, 45 ab. Diese Rippen 32, 33, 46, 47 erzeugen auch im Zusammenhang mit dem Lüfter 17 einen Luftstrom, der die Wärme nach außen ableitet und so die Zentrifuge 10 insgesamt kühlt. Die Basisplatte 1 1 , I I a, I Ib ist dabei in der Zentrifuge 10 so angeordnet, dass kein direkter Wärmekontakt mit dem Gehäuse 19 besteht. Die Öffnungen 18, 20, 21 sind außerdem mit einer Gaze (nicht gezeigt) oder dgl. verdeckt, so dass Brandschutzerfordernissen genügt wird.
Während die erfindungsgemäße Basisplatte 1 1 , I I a, I I b Rippen 32, 33, 46, 47 aufweist, die parallel zueinander ausgerichtet sind, sind grundsätzlich auch winklige, d.h. von 180° abweichende Anordnungen zueinander möglich. Beispielsweise können zwei oder mehrere Gruppen von Rippen vorgesehen werden, wobei die Rippen innerhalb der Gruppe untereinander parallel verlaufen, jedoch zwischen den Gruppen ein Winkel besteht. Oder sämtliche Rippen weisen untereinander einen Winkel auf. Dadurch können besonders vorteilhafte Luftströmungen eingestellt werden.
Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich gewordenen, dass die erfindungsgemäße Zentrifuge 10 eine dahingehend verbesserte Kühlung aufweist, dass deren Bauraumbedarf reduziert ist, so dass die Zentrifuge 10 bei gleicher Zentrifugierkapazität kompakter gehalten werden kann oder bei gleichem Baumaß die Zentrifugierkapazität erhöht werden kann. Außerdem wird eine Einsparung von Bauteilen ermöglicht und damit eine Einsparung von Kosten und Montagezeit.

Claims

Patentansprüche
1. Zentrifuge mit einem angetriebenen Zentrifugenrotor (13), einer Kompressorkühlvorrichtung (14), einem Gehäuse (19) und einer Basisplatte (11; IIa; IIb), dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) in Wärme leitender Verbindung mit der Kompressorkühlvorrichtung (14) steht, derart, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) einen Wärmetauscher der Kompressorkühlvorrichtung (14) bildet und so zumindest als ein Teil eines Verflüssigers (51) für das Kühlmedium der Kompressorkühlvorrichtung (14) wirkt.
2. Zentrifuge (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifuge eine Laborzentrifuge (10) ist.
3. Zentrifuge (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an und/oder in der Basisplatte (11; IIa; 1 lb) ein Leitungsmittel (22; 50) für das Kühlmittel vorgesehen ist, wobei das Leitungsmittel bevorzugt als Rohrleitung (22; 50) ausgebildet ist.
4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsmittel (22; 50) in die Basisplatte (IIa) eingegossen ist oder dass die Basisplatte (IIb) zumindest zweiteilig (40, 41) aufgebaut ist und das Leitungsmittel (50) in der Trennebene (T) zwischen den beiden Teilen (40, 41) angeordnet ist.
5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsmittel (50) in zumindest einen Teil (40, 41) der Basisplatte (IIb) eingearbeitet ist.
6. Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) zumindest auf einer der beiden großen Hauptflächen (30, 31; 44, 45) zumindest ein die Oberfläche vergrößerndes Element (32, 33; 46, 47) aufweist.
7. Zentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) ein oder mehrere Kühlrippen (32, 33; 46, 47) aufweist.
8. Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) zumindest eine Durchbrechung (18) aufweist, die nicht in fluider Verbindung mit dem Leitungsmittel (22; 50) steht.
9. Zentrifuge (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lüftungsmittel (17) in Wirkverbindung mit der Basisplatte (11; IIa; IIb) vorgesehen ist, das bevorzugt angepasst ist, einen Luftstrom in dem Gehäuse (19) der Zentrifuge (10) zu erzeugen, der seitlich und/oder bodenseitig in das Gehäuse (19) eintritt.
10. Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine luftdurchlässige Abdeckung von Lüftungsöffnungen (20, 21) im Gehäuse (19) vorgesehen ist.
11. Zentrifuge nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) so an dem Gehäuse (19) der Zentrifuge (10) angeordnet ist, dass der Wärmeübergang zwischen der Basisplatte (11; IIa; IIb) und dem Gehäuse (19) unterbrochen oder zumindest vermindert ist.
12. Verfahren zur Kühlung einer Zentrifuge, wobei eine Kompressorkühlvorrichtung (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basisplatte (11; IIa; IIb) der Zentrifuge (10) zumindest als ein Teil eines Verflüssigers der Kompressorkühlvorrichtung (14) verwendet wird, wobei die Basisplatte (11; IIa; IIb) in Wärme leitender Verbindung mit der Kompressorkühlvorrichtung (14) steht, derart, dass die Basisplatte (11; IIa; IIb) einen Wärmetauscher der Kompressorkühl Vorrichtung (14) bildet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Zentrifuge eine Laborzentrifuge (10) verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lüftungsmittel ( 17) vorgesehen ist, dass einen Luftstrom parallel und/oder aufsteigend durch die Basisplatte (1 1 ; I I a; I I b) erzeugt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentrifuge (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 verwendet wird.
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