WO2016012596A1 - Zentrifuge - Google Patents

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WO2016012596A1
WO2016012596A1 PCT/EP2015/067015 EP2015067015W WO2016012596A1 WO 2016012596 A1 WO2016012596 A1 WO 2016012596A1 EP 2015067015 W EP2015067015 W EP 2015067015W WO 2016012596 A1 WO2016012596 A1 WO 2016012596A1
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WO
WIPO (PCT)
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centrifuge
safety
circuit
primary circuit
primary
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/067015
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Hornek
Klaus-Günter Eberle
Original Assignee
Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Application filed by Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg filed Critical Andreas Hettich Gmbh & Co. Kg
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Priority to US15/326,470 priority patent/US10981182B2/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
    • 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
    • B04B7/06—Safety devices ; Regulating

Definitions

  • the invention relates to a centrifuge according to the specified in the preamble of claim 1. Art.
  • a plurality of generic centrifuges in which a compression refrigeration unit is provided.
  • a refrigerant flows in a refrigeration circuit, which is separated by a throttle and a compressor in a high pressure and a low pressure area.
  • this type of cooling is proven and reliable, it also has disadvantages.
  • high safety standards must be observed in centrifuges because of the high kinetic energy that occurs during operation.
  • the object of the invention is to provide, while avoiding the disadvantages mentioned, a centrifuge whose cooling is safe and at the same time safe both in terms of safety and environmental aspects. This object is achieved by the characterizing features of claim 1 in conjunction with its generic features.
  • the invention is based on the finding that by dividing the cooling circuit into a safety-critical area and a separate safety-critical area this task can be solved in a simple manner, especially if in the two areas different heat transfer medium - refrigerant - is used.
  • the centrifuge comprises a centrifuge housing, a safety vessel arranged in the centrifuge housing, an interior bounded by the safety boiler, a rotor arranged in the interior, and a cooling system arranged in the centrifuge housing for cooling the interior space.
  • the cooling system includes a compressor, a condenser and a
  • the cooling system comprises a primary circuit with primary line means and a secondary circuit with secondary line means, wherein the primary circuit, the compressor, the condenser and the evaporator, which is part of a heat exchanger, and wherein the secondary circuit flows through the heat exchanger and the Safety boiler cools.
  • a pump is provided in the secondary circuit.
  • a conventional combustible refrigerant can flow in the primary circuit, which has a high specific enthalpy of vaporization at comparatively low procurement costs.
  • a non-combustible, heat transfer medium is used.
  • the use of cooling water with additives that lower the freezing point, such as salt or alcohol, is inexpensive and environmentally friendly.
  • the primary circuit is arranged below the secondary circuit and the safety boiler. This considerably reduces the risk of damaging the primary circuit in the event of a rotor crash and a breakthrough in the safety boiler.
  • the primary circuit is arranged laterally offset from the secondary circuit in the centrifuge housing, a significantly more compact design of the centrifuge can be realized, in particular with regard to the vertical extent.
  • an advantageous embodiment of the invention is between the primary circuit and the
  • Secondary circuit provided a two circuits spatially separating safety wall.
  • the risk of damage to the primary circuit in the event of a rotor crash and a breakdown of the safety boiler is further reduced if the primary circuit is arranged laterally offset to the secondary circuit.
  • the safety boiler is fixed in the centrifuge housing via a clamping connection which, in the case of a rotor crash, enables a relative movement of the safety vessel relative to the centrifuge housing.
  • a movement, in particular a rotary movement, of the safety boiler is initiated by the rotor engaging in the safety boiler or by the rotor parts impacting the safety boiler and the resulting angular momentum, which is braked by the clamping connection.
  • the energy of the crash acting on the centrifuge housing is significantly attenuated or completely destroyed, which results in the protection of the
  • At least one additional mass element is arranged to stabilize the centrifuge housing. This stabilization also serves to protect the
  • predetermined breaking points are provided on the secondary conduit means.
  • the safety boiler is surrounded by a separate, in particular cylindrical, and concentric to the safety boiler protective wall. This will increase the risk of
  • the aforementioned predetermined breaking points are provided at the locations where the secondary conduit means engage through the cylindrical protective wall.
  • the secondary conduit means in a relative movement, in particular
  • a predetermined breaking point may, as stated, be formed in the secondary conduit means, for example by weakening a portion of the conduit means.
  • the predetermined breaking point may also be formed solely by the assignment of a shearing device to a region of the conduit means.
  • the shearing device is activated during a relative movement, in particular during a rotational movement, of the safety vessel, by moving the conduit means towards the shearing device and / or towards the shearing means towards the conduit means. In this case, the shearing device cuts through the conduit means in the area assigned to it.
  • insulating and / or insulating materials are provided in the primary circuit, in particular between the compressor, the condenser and the evaporator.
  • Insulating materials provide more stability, especially when a large external impulse is applied to the primary circuit. In particular, it prevents the compressor from being on elastic
  • Damping elements is stored, can be torn from its anchorage and tear pipes.
  • insulating materials increase the efficiency of the refrigeration components.
  • hard foam moldings are well suited to meet these two tasks and serve as insulation and insulating material. It is particularly advantageous if the molded parts have integrated channels, which are used on the one hand for cable laying and on the other hand to a defined air flow.
  • a positive side aspect of this invention is that the requirements for the conduit means provided in the secondary circuit are still significantly lower than the requirements of the
  • Conduction means which are provided in the low-pressure region of a conventional cooling device with a cooling circuit.
  • the operating pressure in the secondary circuit of a cooling device according to the invention is still significantly lower than in the low pressure region of a conventional
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a centrifuge according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the two cooling circuits
  • Fig. 3 is a side sectional view of the primary circuit of a centrifuge according to the invention with insulating and insulating elements, and
  • Fig. 4 is a schematic perspective view of a centrifuge according to the invention with a
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a centrifuge 10 according to the invention. For clarity, the housing is not shown; the arrangement of
  • Housing cover 13a and the side walls 13b can be seen in FIG. One
  • Safety boiler 14 of the centrifuge 10 is arranged on a bottom plate 12 together with a compression refrigeration unit 20.
  • the compression refrigeration unit 20 essentially comprises one
  • Compressor 22 a condenser 24, a fan 25, a filter drier 28 and a
  • Evaporator 26 which is part of a heat exchanger 30, which are connected to each other via primary pipes 29 and form a primary circuit 52 (see Fig. 2).
  • a combustible refrigerant 54 flows in the primary pipelines 29.
  • the safety boiler 14 is of the secondary type which is only slightly visible from this figure
  • a non-combustible heat transfer medium 64 flows.
  • primary circuit 52 and secondary circuit 62 The structure of primary circuit 52 and secondary circuit 62 is illustrated again in FIG. 2 by a schematic representation.
  • Protective cylinder 18 are fixed to the bottom plate 12, in particular, is set horizontally. From this perspective, however, only one clamping element 38 can be seen. In the case of a rotor crash, the protective cylinder 18 prevents widespread propagation of flying rotor parts, which can penetrate the centrifuge wall and cause great damage. For additional protection of the primary circuit 52 from penetrating rotor parts in the event of a crash, possibly even the Protective cylinder 18 could penetrate, is between the safety boiler 14 and the
  • Compression refrigeration unit 20 a safety wall 36 disposed on the bottom plate 12.
  • the secondary circuit 62 flows through the heat exchanger 30.
  • two recesses 34a and 34b are provided in the safety wall 36, each through the pipelines 34 of the
  • the pipe 34 extends from the safety boiler 14 through the recess 34b to the heat exchanger 30 by 62 heat is withdrawn from the secondary circuit.
  • a pump 32 for conveying the non-combustible
  • Heat transfer medium 64 is arranged.
  • Fig. 2 the principle of the two-circuit cooling of a centrifuge 10 according to the invention is shown schematically.
  • the secondary circuit 62 On the cold side 60 is the secondary circuit 62, in which a non-combustible heat transfer medium 64 circulates.
  • the heat transfer medium 64 is guided in secondary pipes 34 to a safety boiler 14, whereby the safety boiler 14 heat is removed.
  • the pump 32 is provided, which promotes the heat transfer medium 64.
  • the primary circuit 52 On the hot side 50 is the primary circuit 52, in which a combustible refrigerant 54 flows, with the compression refrigeration unit 20, which includes the compressor 22, the condenser 24, the fan 25, the throttle 28 and the evaporator 26, which via primary pipelines 29th connected to each other.
  • the compression refrigeration unit 20 which includes the compressor 22, the condenser 24, the fan 25, the throttle 28 and the evaporator 26, which via primary pipelines 29th connected to each other.
  • the evaporator 26 is part of a heat exchanger 30, which also from the pipes 34 of the
  • Secondary circuit 62 is flowed through.
  • Secondary circuit 62 thermally coupled via the heat exchanger 30.
  • the heat extracted from the safety boiler 14 is transferred from the non-combustible heat transfer medium 64 from the secondary circuit 62 in the heat exchanger 30 to the combustible refrigerant 54 in the primary circuit 52.
  • the transferred heat is from the combustible refrigerant 54 via the condenser 24 to the
  • Ambient air 56 delivered The heat release is improved by the use of the fan 25.
  • Compression refrigeration units are known in principle, so that further explanations are unnecessary.
  • FIG. 3 shows a side partially sectioned view of the primary circuit 52 of the centrifuge 10 shown in FIG. 1 from the perspective of the secondary circuit 62.
  • the compressor 22, the condenser 24 with the associated fan 25, the filter drier 28 and the evaporator 26, not shown here, are connected to each other via primary pipelines 29.
  • the primary circuit 52 is, as well as not shown in Fig. 3
  • Secondary circuit 62 surrounded by a cuboid housing 13 having at the bottom a bottom plate 12, at the top of a housing cover 13a and between the bottom plate 12 and the housing cover 13a side walls 13b, 13c.
  • ventilation slots 24a are provided in the condenser 24 adjacent region of the side wall 13c ventilation slots 24a are provided.
  • a rigid foam molding 40 arranged in the space between the housing 13 and the elements of the primary circuit 52 with the largest spatial extent, ie in particular compressor 22, condenser 24, fan 25 and - not shown here - evaporator 26, is for the purpose of isolation and damping of vibrations a rigid foam molding 40 arranged.
  • the shape of the hard foam molding 40 is the housing 13 and partially adapted to the profile of said elements of the primary circuit 52.
  • the rigid foam molding 40 extends horizontally between the side walls 13b and 13c along the housing cover 13a and vertically partially along the side walls 13b and 13c and partially along the profile of said elements of the primary circuit 52.
  • the vertical extension of the foam molding 40 is based on the structural conditions of Adjusted primary circuit and chosen so that it is easy to bring in and about the upper third of
  • Compressor 22 surrounds and at the same time rests at least on the upper side of said elements of the primary circuit 52.
  • the compressor 22 for example, surrounds the hard foam molding 40 approximately in the upper third of its vertical extent.
  • 40 channels 42 are provided in the rigid foam molding, in which run primary pipes 29.
  • the centrifuge 10 stands on four feet 46 fastened on the underside of the bottom plate 12 on a substrate, two of which feet 46 are located below the primary circuit. To increase the stability, a rectangular mass element 44 is also approximately centrally mounted on the underside of the bottom plate 12.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a centrifuge 10 according to the invention, in which a secondary circuit 62 is arranged above a primary circuit 52.
  • Clarity is not shown here housing.
  • the primary circuit 52 is arranged on a rectangular bottom plate 70 with two end faces 72 and two longitudinal sides 74. Structure and function are identical to those in Figures 1 to 3 described primary circuit 52 and therefore require no further explanation.
  • a frame 76 is fastened by means of screws 88, which serves for the attachment of side walls of the not shown here housing and the other stable attachment of a false bottom 90 with two end faces 92 and two longitudinal sides 94, on which the secondary circuit 62 is arranged.
  • the frame 76 comprises two rectangular frame parts 78, each having two end faces 80 and two longitudinal sides 82a and 82b, which are arranged between the two end faces 72 of the bottom plate 70 and the two end faces 92 of the intermediate bottom 90.
  • the longitudinal sides 82a are fixedly connected by screws 88 to the bottom plate 70, and the longitudinal sides 82b are fixedly connected to the intermediate bottom 90 by means of screws 88.
  • the frame 76 further includes two horizontally extending ones
  • Frame members 84 which are fixedly connected to the bottom plate 70 at both its longitudinal sides 74 by means of screws 88, and four vertical frame members 86.
  • the vertically extending frame members 86 extend from the four corners of the bottom plate 70 to the four corners of the intermediate bottom 90th
  • the frame elements 86 have two mutually perpendicular legs 87a and 87b, which are formed in one piece and of uniform material.
  • the legs 87a are each arranged between the end face 72 of the bottom plate 70 and the end face 92 of the intermediate bottom 90
  • the legs 87b are each arranged between the longitudinal side 74 of the bottom plate 70 and the longitudinal side 94 of the intermediate bottom 90.
  • At the intermediate bottom 90 are - among other things for fastening of side walls of the not shown here - housing 92 horizontal frame members 96 and fixed on both sides 94 horizontal frame members 98 by means of screws 88.
  • the arranged on the intermediate bottom 90 secondary circuit 62 corresponds in its construction and its function substantially to that described in Figures 1 to 3, therefore unnecessary further explanation. Only the guide of the secondary pipes 34 is changed due to the vertically superimposed arrangement of the primary circuit 52 and the secondary circuit 62 to each other accordingly. The safety boiler 14 and the surrounding him
  • Protective cylinders 18 are mounted on a holding device 100, which is firmly connected to the intermediate bottom 90 and to the horizontal frame members 98 and the horizontal frame members 96.
  • carrier struts 102 are provided below the intermediate floor, which extend parallel to the end faces 92 and are fixedly connected to the intermediate bottom 90 and the horizontal frame members 98 by means of screws 88. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge (10) aufweisend ein Zentrifugengehäuse, einen im Zentrifugengehäuse angeordneten Sicherheitskessel (14), einen vom Sicherheitskessel (14) zumindest teilweise begrenzten Innenraum (16), einen im Innenraum (16) angeordneten Rotor, und ein im Zentrifugengehäuse angeordnetes Kühlsystem zur Kühlung des Innenraums (16), mit einem Kompressor (22), einem Kondensator (24) und einem Verdampfer (26), die über Leitungsmittel miteinander verbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kühlsystem einen Primärkreislauf (52) mit primären Leitungsmitteln (29) und einen Sekundärkreislauf (62) mit sekundären Leitungsmitteln (34) aufweist, wobei der Primärkreislauf (52) den Kompressor (22), den Kondensator (24) und den Verdampfer (26), der Teil eines Wärmetauschers (30) ist, umfasst und wobei der Sekundärkreislauf (62) den Wärmetauscher (30) durchströmt, den Sicherheitskessel (14) kühlt und mit einer Pumpe (32) versehen ist.

Description

Zentrifuge
Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Während des Betriebs einer Zentrifuge entsteht unerwünschte Wärme, die für das zu zentrifugierende Gut schädlich ist. Insbesondere ist dabei problematisch, dass der Zentrifugenrotor, durch dessen Drehung und durch die dabei entstehende Luftreibung ein Großteil der Wärme verursacht wird, in der Regel aus Sicherheitsgründen in einem durch einen Deckel fest verschlossenen Sicherheitskessel angeordnet ist. Dadurch kann die Wärme daraus nur schwer entweichen. Oft ist bei biologischen Proben gefordert, dass eine Temperatur von 4°C während der Zentrifugation gehalten wird. Eine aktive Kühlung ist daher besonders bei längeren Betriebszeiten, hohen Drehzahlen und Probentemperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur unabdingbar.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von gattungsgemäßen Zentrifugen bekannt, bei denen eine Kompressionskälteeinheit vorgesehen ist. Ein Kältemittel strömt in einem Kältekreislauf, der durch eine Drossel und einen Verdichter in einen Hochdruck- und einen Niederdruckbereich getrennt ist. Nachdem dem Kältemittel im Hochdruckbereich in einem Verflüssiger Wärme entnommen wurde, strömt es im Niederdruckbereich in beispielsweise spiralförmig angeordneten Leitungen um einen Sicherheitskessel herum, in dem der Rotor der Zentrifuge angeordnet ist, und entzieht dabei dem Sicherheitskessel Wärme. Diese Art der Kühlung ist zwar erprobt und zuverlässig, sie weist jedoch auch Nachteile auf. Insbesondere sind bei Zentrifugen wegen der hohen kinetischen Energie, die beim Betrieb auftritt, hohe Sicherheitsstandards zu beachten. Brennbare Kältemittel gewährleisten zwar einen hohen Wirkungsgrad des Kühlsystems. Wegen der Gefahr eines Rotor-Crashs und eines Durchschlagens der Wandung des Sicherheitskessels, bei dem es auch zu Funkenschlag kommen kann, ist ihr Einsatz aber unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten bei Zentrifugen grundsätzlich nicht möglich. In der Regel werden stattdessen fluorhaltige Kältemittel, sogenannte F-Gase, eingesetzt, da sie nicht brennbar sind. Jedoch weisen diese F-Gase ein hohes Treibhauspotential auf, und ihr Einsatz wird aus diesem Grunde vom Gesetzgeber sukzessive eingeschränkt bzw. untersagt.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Zentrifuge zu schaffen, deren Kühlung effizient und gleichzeitig sowohl unter Sicherheitsaspekten als auch unter Aspekten des Umweltschutzes unbedenklich ist. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch Aufteilen des Kühlkreislaufs in einen sicherheitstechnisch kritischen Bereich und einen davon getrennten sicherheitstechnisch unkritischen Bereich diese Aufgabe auf einfache Weise gelöst werden kann, insbesondere wenn in den beiden Bereichen unterschiedliches Wärmeträgermedium - Kältemittel - verwendet wird.
Nach der Erfindung weist die Zentrifuge ein Zentrifugengehäuse, einen im Zentrifugengehäuse angeordneten Sicherheitskessel, einen vom Sicherheitskessel begrenzten Innenraum, einen im Innenraum angeordneten Rotor, und ein im Zentrifugengehäuse angeordnetes Kühlsystem zur Kühlung des Innenraums auf. Das Kühlsystem umfasst eine Kompressor, eine Kondensator und einen
Verdampfer, die über Leitungsmittel miteinander verbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kühlsystem einen Primärkreislauf mit primären Leitungsmitteln und einen Sekundärkreislauf mit sekundären Leitungsmitteln aufweist, wobei der Primärkreislauf den Kompressor, den Kondensator und den Verdampfer, der Teil eines Wärmetauschers ist, umfasst und wobei der Sekundärkreislauf den Wärmetauscher durchströmt und den Sicherheitskessel kühlt. Um ein konstantes Strömen des Wärmeträgermediums und damit eine effiziente Kühlung des Sicherheitskessels zu gewährleisten, ist im Sekundärkreislauf eine Pumpe vorgesehen. So ist es möglich, in den beiden Kreisläufen je nach sicherheitstechnischen Anforderungen unterschiedliche Wärmeträgermedien einzusetzen, durch die sich weitere konstruktive Möglichkeiten ergeben, zielgerichtet Sicherheitsmaßnahmen für den entsprechenden Kreislauf zu ergreifen.
Insbesondere kann im Primärkreislauf ein herkömmliches brennbares Kältemittel strömen, das bei vergleichsweise geringen Beschaffungskosten eine große spezifische Verdampfungsenthalpie besitzt. Im Hinblick auf die Gefahr eines Rotor-Crashs und eines Durchschlagens des Sicherheitskessels ist es im Sekundärkreislauf hingegen von Vorteil, dass ein nicht brennbares, Wärmeträgermedium verwendet wird. Der Einsatz von Kühlwasser mit Zusätzen, die den Gefrierpunkt herabsetzen, beispielsweise Salz oder Alkohol, ist kostengünstig und umweltverträglich.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Primärkreislauf unterhalb des Sekundärkreislaufs und des Sicherheitskessels angeordnet. Dadurch wird das Risiko, dass bei einem Rotor-Crash und einem Durchschlagen des Sicherheitskessels der Primärkreislauf beschädigt wird, erheblich verringert.
Wenn der Primärkreislauf hingegen seitlich versetzt zum Sekundärkreislauf im Zentrifugengehäuse angeordnet ist, ist eine deutlich kompaktere Bauform der Zentrifuge realisierbar, besonders bezüglich der vertikalen Ausdehnung. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Primärkreislauf und dem
Sekundärkreislauf eine die beiden Kreisläufe räumlich trennende Sicherheitswandung vorgesehen. So wird das Risiko einer Beschädigung des Primärkreislaufs im Falle eines Rotor-Crashs und eines Durchschlagens des Sicherheitskessels weiter verringert, wenn der Primärkreislauf seitlich versetzt zum Sekundärkreislauf angeordnet ist.
Günstig ist es, wenn der Sicherheitskessel im Zentrifugengehäuse über eine Klemmverbindung festgelegt ist, die bei einem Rotor-Crash eine Relativbewegung des Sicherheitskessels gegenüber dem Zentrifugengehäuse ermöglicht. Im Crashfall wird durch den in den Sicherheitskessel einschlagenden Rotor oder durch die in den Sicherheitskessel einschlagenden Rotorteile sowie den sich dadurch ergebenden Drehimpuls eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung, des Sicherheitskessels initiiert, welche durch die Klemmverbindung abgebremst wird. Die auf das Zentrifugengehäuse wirkende Energie des Crashs wird deutlich abgeschwächt oder ganz vernichtet, was den Schutz des
Primärkreislaufs vor Beschädigung verbessert. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur Stabilisierung des Zentrifugengehäuses zumindest ein zusätzliches Masseelement angeordnet. Auch diese Stabilisierung dient dem Schutz des
Primärkreislaufs vor den Auswirkungen des Drehimpulses, der bei einem Rotorcrash entsteht. Der Schutz des Primärkreislaufs kann ferner dadurch verbessert werden, dass die primären
Leitungsmittel aus einem mechanisch festeren Material ausgeführt sind als die sekundären
Leitungsmittel. In einer alternativen Ausführungsform sind an den sekundären Leitungsmittel Sollbruchstellen vorgesehen. So wird im Falle eines besonders großen Impulses, der durch einen Rotor-Crash hervorgerufen wurde und nicht ausreichend über eine Relativbewegung des Sicherheitskessels gegenüber dem Zentrifugengehäuse kompensiert werden kann, die mechanische Verbindung zwischen Sekundärkreislauf und Primärkreislauf getrennt und dadurch verhindert, dass der Impuls über die sekundären Leitungsmittel in den Bereich des Primärkreislaufs geleitet wird und dort Beschädigungen hervorruft.
Vorzugsweise ist der Sicherheitskessel von einer separaten, insbesondere zylindrischen, und zum Sicherheitskessel konzentrischen Schutzwandung umgeben. Dadurch wird das Risiko einer
Beschädigung des Primärkreislaufes oder des Zentrifugengehäuses im Falle eines Rotor-Crashs weiter verringert.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn die zuvor erwähnten Sollbruchstellen an den Stellen vorgesehen sind, an denen die sekundären Leitungsmittel die zylindrische Schutzwandung durchgreifen. Bei dieser Anordnung werden die sekundären Leitungsmittel bei einer Relativbewegung, insbesondere
Drehbewegung, des Sicherheitskessels gegenüber dem Zentrifugengehäuse durch die Schutzwandung leicht abgeschert.
Eine Sollbruchstelle kann, wie ausgeführt, in den sekundären Leitungsmitteln gebildet sein, beispielsweise durch Schwächung eines Bereichs der Leitungsmittel. Alternativ zur Ausbildung einer Sollbruchstelle im Leitungsmittel kann die Sollbruchstelle auch allein durch die Zuordnung einer Schervorrichtung zu einem Bereich des Leitungsmittels gebildet sein. Die Schervorrichtung wird bei einer Relativbewegung, insbesondere bei einer Drehbewegung, des Sicherheitskessels aktiviert, indem das Leitungsmittel auf die Schervorrichtung zu und/oder die Schervorrichtung auf das Leitungsmittel zu bewegt werden. Dabei durchtrennt die Schervorrichtung das Leitungsmittel in dem ihr zugeordneten Bereich. Diese Lösung ist mit wenig Aufwand verbunden und hat unter anderem den Vorteil, dass im sekundären Kreislauf kostengünstigere Leitungsmittel verwendet werden können, da die Einarbeitung von geschwächten Bereichen in die Leistungsmitteln entfällt. Auch der Einbau der Leitungsmittel ist einfacher, da die Position der Sollbruchstelle durch die Anordnung der Schervorrichtung festgelegt wird und nicht durch einen bestimmten Bereich des Leitungsmittels.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind Dämm- und/oder Isolierstoffe im Primärkreislauf, insbesondere zwischen dem Kompressor, dem Kondensator und dem Verdampfer, vorgesehen.
Dämmstoffe sorgen für mehr Stabilität, vor allem bei Einwirkung eines großen Impulses von außen auf den Primärkreislauf. Insbesondere wird verhindert, dass der Kompressor, der auf elastischen
Dämpfungselementen gelagert ist, aus seiner Verankerung gerissen werden kann und Rohrleitungen aufreißen. Als weitere positive Eigenschaft erhöhen Isolierstoffe die Effizienz der Kältekomponenten. Beispielsweise sind Hartschaumformteile gut geeignet, diese beiden Aufgaben zu erfüllen und als Dämm- und Isolierstoff zu dienen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Formteile integrierte Kanäle aufweisen, die einerseits zur Kabelverlegung und andererseits zu einer definierten Luftführung eingesetzt werden. Ein positiver Nebenaspekt dieser Erfindung ist, dass die Anforderungen an die Leitungsmittel, die im Sekundärkreislauf vorgesehen sind, noch deutlich niedriger sind als die Anforderungen an die
Leitungsmittel, die im Niederdruckbereich einer herkömmlichen Kühlvorrichtung mit einem Kühlkreislauf vorgesehen sind. Denn zum einen ist der Betriebsdruck im Sekundärkreislauf einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung noch deutlich niedriger als im Niederdruckbereich einer herkömmlichen
Kühlvorrichtung. Zum anderen birgt auf Grund der Trennung der beiden Kreisläufe eine Beschädigung der Leitungsmittel im Sekundärkreislauf keine sicherheitstechnischen Risiken. Folglich können hier anstelle von starren, massiven und teuren Leitungsmitteln wie Kupferrohren beispielsweise flexible Schläuche eingesetzt werden. Dies vermindert den Konstruktionsaufwand und senkt die Kosten der Zentrifuge.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge; Fig. 2 eine schematische graphische Darstellung der beiden Kühlkreisläufe;
Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht des Primärkreislaufs einer erfindungsgemäßen Zentrifuge mit Dämm- und Isolationselementen, und
Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge mit einem
unterhalb des Sekundärkreislaufs angeordneten Primärkreislauf. In Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Zentrifuge 10 dargestellt. Der Übersichtlichkeit wegen ist das Gehäuse nicht eingezeichnet; die Anordnung der
Gehäusedecke 13a und der Seitenwände 13b können der Fig. 3 entnommen werden. Ein
Sicherheitskessel 14 der Zentrifuge 10 ist zusammen mit einer Kompressionskälteeinheit 20 auf einer Bodenplatte 12 angeordnet. Die Kompressionskälteeinheit 20 umfasst im Wesentlichen einen
Kompressor 22, einen Kondensator 24, einen Ventilator 25, einen Filtertrockner 28 und einen
Verdampfer 26, welcher Teil eines Wärmetauschers 30 ist, die über primäre Rohrleitungen 29 miteinander verbunden sind und einen Primärkreislauf 52 (siehe Fig. 2) bilden. In den primären Rohrleitungen 29 strömt ein brennbares Kältemittel 54. Der Sicherheitskessel 14 ist von aus dieser Figur nur ansatzweise ersichtlichen sekundären
Rohrleitungen 34 umgeben, die im Wesentlichen einen Sekundärkreislauf 62 (siehe Fig. 2) bilden. In den sekundären Rohrleitungen 34 strömt ein nicht brennbares Wärmeträgermedium 64.
Der Aufbau von Primärkreislauf 52 und Sekundärkreislauf 62 wird in Fig. 2 nochmals durch eine schematische Darstellung verdeutlicht.
Konzentrisch um den Sicherheitskessel 14 herum ist ein Schutzzylinder 18 angeordnet, der durch vier Klemmelemente 38, die in gleichmäßigen Abständen zueinander am äußeren Umfang des
Schutzzylinders 18 auf der Bodenplatte 12 fixiert sind, insbesondere horizontal festgelegt wird. Aus dieser Perspektive ist jedoch nur ein Klemmelement 38 erkennbar. Im Falle eines Rotorcrashs verhindert der Schutzzylinder 18 eine weiträumige Ausbreitung von umherfliegenden Rotorteilen, die die Zentrifugenwand durchschlagen und großen Schaden anrichten können. Zum zusätzlichen Schutz des Primärkreislaufs 52 vor eindringenden Rotorteilen im Crashfall, die möglicherweise sogar den Schutzzylinder 18 durchschlagen könnten, ist zwischen dem Sicherheitskessel 14 und der
Kompressionskälteeinheit 20 eine Sicherheitswandung 36 auf der Bodenplatte 12 angeordnet.
Der Sekundärkreislauf 62 durchströmt den Wärmetauscher 30. Dazu sind in der Sicherheitswandung 36 zwei Ausnehmungen 34a und 34b vorgesehen, die jeweils durch Rohrleitungen 34 des
Sekundärkreislaufs 62 durchgriffen werden. Die Rohrleitung 34 verläuft vom Sicherheitskessel 14 durch die Ausnehmung 34b zum Wärmetauscher 30, indem dem Sekundärkreislauf 62 Wärme entzogen wird. Zwischen Wärmetauscher 30 und Ausnehmung 34a, durch welche die Rohrleitung 34 zurück zum Sicherheitskessel 14 verläuft, ist eine Pumpe 32 zur Förderung des nicht brennbaren
Wärmeträgermediums 64 angeordnet.
In Fig. 2 wird schematisch das Prinzip der Zweikreiskühlung einer erfindungsgemäßen Zentrifuge 10 dargestellt. Auf der Kaltseite 60 befindet sich der Sekundärkreislauf 62, in dem ein nicht brennbares Wärmeträgermedium 64 zirkuliert. Das Wärmeträgermedium 64 wird in sekundären Rohrleitungen 34 um einen Sicherheitskessel 14 geführt, wodurch dem Sicherheitskessel 14 Wärme entzogen wird. Ferner ist die Pumpe 32 vorgesehen, welche das Wärmeträgermedium 64 fördert.
Auf der Warmseite 50 befindet sich der Primärkreislauf 52, in dem ein brennbares Kältemittel 54 strömt, mit der Kompressionskälteeinheit 20, die den Kompressor 22, den Kondensator 24, den Ventilator 25, die Drossel 28 und den Verdampfer 26 umfasst, welche über primäre Rohrleitungen 29 miteinander verbunden sind.
Der Verdampfer 26 ist Teil eines Wärmetauschers 30, der auch von den Rohrleitungen 34 des
Sekundärkreislaufs 62 durchströmt wird. Somit werden der Primärkreislauf 52 und der
Sekundärkreislauf 62 über den Wärmetauscher 30 thermisch gekoppelt. Die dem Sicherheitskessel 14 entzogene Wärme wird vom nicht brennbaren Wärmeträgermedium 64 aus dem Sekundärkreislauf 62 im Wärmetauscher 30 auf das brennbare Kältemittel 54 im Primärkreislauf 52 übertragen. Die übertragene Wärme wird vom brennbaren Kältemittel 54 über den Kondensator 24 an die
Umgebungsluft 56 abgegeben. Der Wärmeaustrag wird durch den Einsatz des Ventilators 25 verbessert. Kompressionskälteeinheiten sind grundsätzlich bekannt, so dass sich weitere Erläuterungen erübrigen.
In Fig. 3 ist eine seitliche teilweise geschnittene Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Primärkreislaufs 52 der Zentrifuge 10 aus der Perspektive des Sekundärkreislaufs 62 gezeigt. Wie bereits in Fig. 1 beschrieben sind der Kompressor 22, der Kondensator 24 mit dem zugehörigen Ventilator 25, der Filtertrockner 28 und der hier nicht dargestellte Verdampfer 26 über primäre Rohrleitungen 29 miteinander verbunden. Der Primärkreislauf 52 wird, wie auch der in Fig. 3 nicht gezeigte
Sekundärkreislauf 62, von einem quaderförmigen Gehäuse 13 umgeben, das an der Unterseite ein Bodenplatte 12, an der Oberseite eine Gehäusedecke 13a und zwischen der Bodenplatte 12 und der Gehäusedecke 13a Seitenwände 13b, 13c aufweist. Im dem Kondensator 24 benachbarten Bereich der Seitenwand 13c sind Lüftungsschlitze 24a vorgesehen.
Im Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 13 und den Elementen des Primärkreislaufs 52 mit der größten räumlichen Ausdehnung, also insbesondere Kompressor 22, Kondensator 24, Ventilator 25 und - dem hier nicht dargestellten - Verdampfer 26, ist zum Zwecke der Isolierung und der Dämpfung von Schwingungen ein Hartschaumformteil 40 angeordnet. Die Form des Hartschaumformteils 40 ist dem Gehäuse 13 und bereichsweise dem Profil der genannten Elemente des Primärkreislaufs 52 angepasst. Dabei erstreckt sich das Hartschaumformteil 40 horizontal zwischen den Seitenwänden 13b und 13c entlang der Gehäusedecke 13a und vertikal bereichsweise entlang der Seitenwände 13b und 13c und bereichsweise entlang des Profil der genannten Elemente des Primärkreislaufs 52. Die vertikale Ausdehnung des Hartschaumformteils 40 ist an die baulichen Gegebenheiten des Primärkreislaufs angepasst und so gewählt, dass es leicht einzubringen ist und etwa das obere Drittel des
Kompressors 22 umgibt und zugleich zumindest an der Oberseite der genannten Elemente des Primärkreislaufs 52 anliegt. Den Kompressor 22 beispielsweise umgibt das Hartschaumformteil 40 etwa im oberen Drittel seiner vertikalen Ausdehnung. Ferner sind im Hartschaumformteil 40 Kanäle 42 vorgesehen, in denen primäre Rohrleitungen 29 verlaufen.
Die Zentrifuge 10 steht auf vier auf der Unterseite der Bodenplatte 12 befestigten Standfüßen 46 auf einem Untergrund, von denen zwei Standfüße 46 sich unterhalb des Primärkreislaufs befinden. Zur Erhöhung der Stabilität ist ebenfalls an der Unterseite der Bodenplatte 12 etwa mittig ein rechteckiges Masseelement 44 angebracht.
In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zentrifuge 10 dargestellt, bei der ein Sekundärkreislauf 62 oberhalb eines Primärkreislaufs 52 angeordnet ist. Zur besseren
Übersichtlichkeit ist hier kein Gehäuse eingezeichnet.
Der Primärkreislauf 52 ist auf einer rechteckigen Bodenplatte 70 mit zwei Stirnseiten 72 und zwei Längsseiten 74 angeordnet. Aufbau und Funktion sind identisch zum in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Primärkreislauf 52 und bedürfen daher keiner weiteren Erläuterungen. An den Kanten der Bodenplatte 70 ist ein Rahmengestell 76 mittels Schrauben 88 befestigt, das zum einen der Anbringung von Seitenwänden des hier nicht eingezeichneten Gehäuses dient und zum anderen der stabilen Befestigung eines Zwischenbodens 90 mit zwei Stirnseiten 92 und zwei Längsseiten 94, auf dem der Sekundärkreislauf 62 angeordnet ist. Das Rahmengestell 76 umfasst zwei rechteckige Rahmenteile 78 mit jeweils zwei Stirnseiten 80 und zwei Längsseiten 82a und 82b, die zwischen den beiden Stirnseiten 72 der Bodenplatte 70 und den beiden Stirnseiten 92 des Zwischenbodens 90 angeordnet sind. Dabei sind die Längsseiten 82a durch Schrauben 88 mit der Bodenplatte 70 fest verbunden, und die Längsseiten 82b sind mittels Schrauben 88 mit dem Zwischenboden 90 fest verbunden. Das Rahmengestell 76 umfasst ferner zwei sich horizontal erstreckende
Rahmenelemente 84, die mit der Bodenplatte 70 jeweils an deren beiden Längsseiten 74 mittels Schrauben 88 fest verbunden sind, sowie vier vertikale Rahmenelemente 86. Die vertikal sich erstreckenden Rahmenelemente 86 erstrecken sich von den vier Ecken der Bodenplatte 70 zu den vier Ecken des Zwischenbodens 90. Zur Verbesserung der Stabilität weisen die Rahmenelemente 86 zwei lotrecht zueinander stehende Schenkel 87a und 87b auf, die einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind. Dabei sind die Schenkel 87a jeweils zwischen der Stirnseite 72 der Bodenplatte 70 und der Stirnseite 92 des Zwischenbodens 90 angeordnet, und die Schenkel 87b sind jeweils zwischen der Längsseite 74 der Bodenplatte 70 und der Längsseite 94 des Zwischenbodens 90 angeordnet. Am Zwischenboden 90 sind - unter anderem zur Befestigung von Seitenwänden des hier nicht eingezeichneten Gehäuses - an beiden Stirnseiten 92 horizontale Rahmenelemente 96 und an beiden Längsseiten 94 horizontale Rahmenelemente 98 mittels Schrauben 88 befestigt.
Der auf dem Zwischenboden 90 angeordnete Sekundärkreislauf 62 entspricht in seinem Aufbau und seiner Funktion im Wesentlichen dem in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen, daher erübrigen sich weitere Erläuterungen. Lediglich die Führung der sekundären Rohrleitungen 34 ist auf Grund der vertikal übereinander liegenden Anordnung des Primärkreislaufs 52 und des Sekundärkreislaufs 62 zueinander entsprechend verändert. Der Sicherheitskessel 14 und der ihn umgebende
Schutzzylinder 18 sind auf einer Haltevorrichtung 100 gelagert, die mit dem Zwischenboden 90 und mit den horizontalen Rahmenelementen 98 sowie den horizontalen Rahmenelementen 96 fest verbunden ist. Zur zusätzlichen Stabilisierung sind unterhalb des Zwischenbodens 90 Trägerstreben 102 vorgesehen, die parallel zu den Stirnseiten 92 verlaufen und mit dem Zwischenboden 90 und mit den horizontalen Rahmenelementen 98 mittels Schrauben 88 fest verbunden sind. Bezugszeichenliste
Zentrifuge
Bodenplatte
Gehäuse
a Gehäusedecke
b, 13c Seitenwände
Sicherheitskessel
Innenraum
Schutzzylinder
Kompressionskälteeinheit
Kompressor
Kondensator
Ventilator
Verdampfer
Filtertrockner
primäre Rohrleitungen
Wärmetauscher
Pumpe
sekundäre Rohrleitungen
a Ausnehmung
b Ausnehmung
Sicherheitswandung
Klemmelemente
Hartschaumformteil
Kanäle
Masseelement 50 Warmseite
52 Primärkreislauf
54 brennbares Kältemittel
56 Umgebungsluft (UL)
60 Kaltseite
62 Sekundärkreislauf
64 nicht brennbares Wärmeträgermedium
70 Bodenplatte
72 Stirnseiten
74 Längsseiten
76 Rahmengestell
78 Rahmenteile
80 Stirnseiten
82a, 82b Längsseiten
84 horizontal sich erstreckendes Rahmenelement
86 vertikal sich erstreckendes Rahmenelement
88 Schrauben
90 Zwischenboden
92 Stirnseiten
94 Längsseiten
96 horizontale Rahmenelemente
98 horizontale Rahmenelemente
100 Haltevorrichtung
102 Trägerstreben
Qi Wärmestrom Kaltseite
Q2 Wärmestrom Warmseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Zentrifuge (10) aufweisend ein Zentrifugengehäuse (13), einen im Zentrifugengehäuse (13) angeordneten Sicherheitskessel (14), einen vom Sicherheitskessel (14) zumindest teilweise begrenzten Innenraum (16), einen im Innenraum (16) angeordneten Rotor, und ein im Zentrifugengehäuse (13) angeordnetes Kühlsystem zur Kühlung des Innenraums (16), mit einem Kompressor (22), einem Kondensator (24) und einem Verdampfer (26), die über Leitungsmittel miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem einen Primärkreislauf (52) mit primären Leitungsmitteln (29) und einen Sekundärkreislauf (62) mit sekundären Leitungsmitteln (34) aufweist, wobei der Primärkreislauf (52) den Kompressor (22), den Kondensator (24) und den Verdampfer (26), der Teil eines Wärmetauschers (30) ist, umfasst und wobei der Sekundärkreislauf (62) den Wärmetauscher (30) durchströmt, den Sicherheitskessel (14) kühlt und mit einer Pumpe (32) versehen ist.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Primärkreislauf (52) ein brennbares Kältemittel (54) strömt.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Sekundärkreislauf (62) nicht brennbares Wärmeträgermedium (64) strömt.
4. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (52) unterhalb des Sekundärkreislaufs (62) und des Sicherheitskessels (14) angeordnet ist.
5. Zentrifuge nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf (52) seitlich versetzt zum Sekundärkreislauf (62) im Zentrifugengehäuse (13) angeordnet ist.
6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Primärkreislauf (52) und dem Sicherheitskessel (14) zur räumlichen Trennung eine Sicherheitswandung (36) im Innenraum (16) vorgesehen ist.
7. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitskessel (14) im Zentrifugengehäuse (13) über eine Klemmverbindung festgelegt ist, die im Crashfall eine Relativbewegung des Sicherheitskessels (14) gegenüber dem
Zentrifugengehäuse (13) ermöglicht.
8. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung des Zentrifugengehäuses (13) zumindest ein zusätzliches Masseelement (44) im Zentrifugengehäuse (13) angeordnet ist.
9. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primären Leitungsmittel (29) aus einem mechanisch festeren Material ausgeführt sind als die sekundären Leitungsmittel (34).
10. Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den sekundären
Leitungsmitteln (34) Sollbruchstellen vorgesehen sind.
1 1 . Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitskessel (14) von einer vom Sicherheitskessel (14) separaten Schutzwandung (18) umgeben ist.
12. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dämm- und/oder Isolierstoffe (40) im Primärkreislauf 52, insbesondere zwischen dem
Kompressor (22), dem Kondensator (24) und dem Verdampfer (26), vorgesehen sind.
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