Центрифуга Советский патент 1992 года по МПК B04B15/02 

Изобретение относится к лабораторным центрифугам, применяемым в биотехнологии, биологии, биофизике, медицине и других областях науки и техники.

В центрифугах, роторы которых вращаются в воздушной среде, происходит нагрев ротора в результате трения о воздух. В некоторых случаях, когда это явление нежелательно, так как приводит к недопустимому нагреву центрифугируемых аппаратов, принимают специальные меры для охлаждения ротора. Это могут быть различные отверстия, щели, жалюзи в корпусе центрифуги, обеспечивающие постоянный обмен воздушной среды в камере центрифуги. При этом температура ротора остается на уровне температуры окружающей среды.

Во многих случаях специфика разделяемых веществ диктует экспериментатору необходимость работать при температурах ниже температуры окружающей среды. В этом случае необходимо активно охлаждать камеру центрифуги с помощью того или

иного охлаждающего устройства. Чаще всего этим охлаждающим устройством является фреоновый холодильный агрегат. При необходимости не просто охлаждать камеру центрифуги, а работать в любой точке внутри некоторого диапазона температур, этот холодильный агрегат является управляемым по тому или иному алгоритму элементом системы термостатирования.

Существует также целый ряд задач разделения веществ, которое должны выполняться при температурах порядка 40-60°С. Для получения таких температур используют или тепло, создаваемое в результате трения вращающегося ротора о, воздух, или тепло, создаваемое с помощью нагревателя. Так, например, в известной центрифуге тепло, создаваемое с помощью ротора, обусловливает рост температуры, контролируемой с помощью датчика. При превышении контролируемым значением заданной величины система термостатирования

(Л

G

vj

Ю

ГО О

с

U

включает холодильник, поддерживая таким образом заданное значение температуры.

Недостаток этого технического решения состоит .в затруднениях, связанных с получением таким путем повышенных значений температуры роторов. При использовании сменных роторов их нагрев при трении о воздух весьма различен и определяется рядом факторов: частотой вращения и геометрической формой ротора, шероховатостью его поверхности и т.д. При использовании ротора небольших габаритов на небольших частотах вращения процесс получения требуемой повышенной температуры или очень длительный (значительно превышающий длительность самого разделения), или попросту невозможен, Использование самого ротора в качестве нагревателя системы термостатирования эффективно на больших частотах вращения и при достаточных габаритах ротора. Таким образом, в тех случаях, когда рабочая температура должна составлять , необходимо использовать нагреватель.

Известна центрифуга, на периферии камеры которой установлен испаритель холодильного агрегата, а в крышке камеры расположен нагреватель. Холодильный агрегат и нагреватель связаны с выходами блока регулирования, входы которого соединены с датчиком и задатчиком температуры ротора. В камере установлен ротор, в котором находится центрифугируемое вещество. Ротор приводится во вращения электродвигателем, установленным под камерой. Эта центрифуга является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.

Одним из недостатков данной центрифуги является размещение нагревателя в крышке камеры. Такое расположение нагревателя исключает возможность эффективного теплообмена, когда ротор центрифуги не вращается, поскольку в данной конструкции ротор сам осуществляет перемешивание воздуха в камере, Следовательно, эффективность теплообмена зависит от частоты вращения ротора и его типа, что ограничивает функциональные возможности центрифуги. Кроме того, наличие подвижного электрического соединения между выводами нагревателя и цепью питания-снижает надежность центрифуги.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей центрифуги и повышение надежности.

На фиг.1 показана предлагаемая центрифуга, вариант; на фиг.2 - пример схемной реализации блока регулирования.

На камере 1 (фиг.1) размещен испаритель 2, имеющий хороший тепловой контакт с обечайкой 3. В камере 1 установлен ротор 4, который механически связан с электродвигателем 5, связанным через амортизаторы 6 и закрепленным на камере 1. Электродвигатель 5 имеет кожух 7, внутри которого размещены вентилятор 8, нагреватель 9 и управляемая заслонка 10. Патрубок

0 11 кожуха 7 при помощи гибкого шланга 12 соединен с крышкой 13 камеры центрифуги 1 и сообщается с атмосферой при помощи заслонки 10. Входы блока 14 стабилизации температуры связаны сдатчиком 15 темпе5 ратуры, датчиком 16 частоты вращения и задатчиком 17 температуры.

Один выход блока 14 подключен к нагревателю 9, другой - к элементу 18, управляющему работой заслонки 10, и третий - к

0 холодильному агрегату 19, связанному с ис- парителем 2. Прорези 20 исключают возможности перегрева электродвигателя 5, еслм заслонка 10 находится в положении, показанном на фиг.1. пунктиром. Отверстие

5 21 служит для предотвращения создания избыточного давления в камере 1.

На фиг.2 показан пример практической реализации блока 14 стабилизации температуры, который включает в себя: компара0 торы 22 и 23; два логических элемента НЕ 24 и 25; логический элемент И 26; усилители 27-29; задатчик 30 частоты вращения,

К входам компаратора 22 подключены датчик 16 частоты вращения и задатчик 30,

5 а к входам компаратора 23 подключены датчик 15 температуры и задатчик 17 требуемой температуры ротора 4. Выход компаратора 22 через логический элемент 24 соединен с одним из входов логического элемента 26,

0 второй вход которого соединен с выходом компаратора 23. К выходу элемента 26 подключен вход усилителя 27, Выход компаратора 23 подключен к входу усилителя 28 непосредственно, а к входу усилителя 29 5 логический элемент 25. К входам усилителей подключены нагреватель 9, управляющий элемент 18 и холодильный агрегат 19,

Центрифуга работает следующим образом.

0Перёд включением питания оператор

задает значение температуры ротора 4 с помощью задатчика 17. После подачи питания на электродвигатель начинается разгон ротора 4 до.заданного значения частоты,

5 контролируемого датчиком 16, со значением, устанавливаемым задатчиком 30. Одновременно компаратор 23 сравнивает заданное значение температуры ротора 4 с действительным значением температуры, которое контролируется датчиком 15. Если

значение температуры ротора 4 превышает заданное, то на выходе компаратора 23 (фиг.2), формируется напряжение, близкое к О, которое инвертируется элементом 25 и поступает на вход усилителя 29, При этом выходным сигналом усилителя 29 включается холодильник 19, в результате чего значение температуры ротора 4 понижается. При этом заслонка 10 находится в положении, указанном на фиг.1, и теплый воздух, созда- ваемый при обдуве электродвигателя 5 вентилятором 8, поступает наружу через прорези 20. При равенстве температуры ротора 4, контролируемой датчиком 15, значению, заданному задатчиком 17, или, если температура ротора 4 меньше температуры, заданной задатчиком 17, на выходе компаратора 23 формируется положительное напряжение, которое отключает холодильный агрегат 19 и включает через усилитель 28 управляющий элемент 18 заслонки 10, которая перемещается в положение, показанное на фиг.1 пунктиром. В результате большая часть теплого воздушного потока,, создаваемого при обдуве электродвигателя 5 вентилятором 8, через патрубок 11 кожуха 7 и гибкий шланг 12 поступает в крышку 13 и оттуда в.камеру 1.

Для исключения создания избыточного давления в камере 1 имеется отверстия 21.. Температура ротора 4 начинает расти. При этом управляющий элемент 18 включен, а холодильный агрегат 19 и нагреватель 9 выключены. Если частота вращения ротора 4 мала и тепла, производимого им, недоста- точно для эффективного нагрева, то включается нагреватель 9, устанавливаемый в потоке теплого воздуха, создаваемого вентилятором 8 при о бдуве электродвигателя 5, Происходит это следующим образом. Если значение частоты вращения ротора 4, контролируемое датчиком 16, меньше значения заданной частоты вращения, на выходе компаратора 22 формируется напряжения логи- ческого О, которое инвертируется элементом 24, и в виде 1 подается на один из входов элемента 26. Если на другом входе элемента 26 присутствует тоже логическая 1, что соответствует необходимости нагрева ротора 4, то на выходе элемента 26

формируется логическая 1, которая через усилитель 27 включает нагреватель 9. При этом нагреватель 9 и управляющий элемент 18 включены, а холодильный агрегат 19 выключен. Если частота вращения ротора 4 больше значения, задаваемого задатчиком 30, то на соответствующем входе элемента 26 всегда присутствует логический О и нагреватель 9 не включается. В этом случае ротор 4 совместно е теплым воздухом, сдуваемым вентилятором 8 с электродвигателя 5, является нагревателем системы термо- статирования.

Таким образом, изобретение позволяет эффективно изменять и поддерживать заданное значение температуры ротора,независимо от заданной частоты вращения ротора и его конструктивных особенностей. Изобретение более технологично по сравнению с конструкциями, предусматривающими размещение нагревателя в крышке камеры.

Формула изобретения Центрифуга, содержащая камеру с установленным в ней ротором, датчики температуры и частоты вращения ротора, холодильный агрегат, испаритель которого зафиксирован на внешней поверхности камеры, вентилятор, электродвигатель привода ротора, установленный под камерой, нагреватель, задатчик температуры ротора и блок стабилизации температуры, входы которого подключены к датчику и задатчику температуры ротора и к датчику частоты вращения ротора, а выходы - к холодильному агрегату и нагревателю, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности, она снабжена кожухом с патрубком и заслонкой с управляющим элементом, при этом электродвигатель, вентилятор и нагреватель размещены в кожухе, заслонка установлена в патрубке, управляющий элемент которой подключен к выходу блока стабилизации температуры, а патрубок соединен с камерой центрифуги, причем нагреватель установлен перед заслонкой на пути воздушного потока, создаваемого вентилятором.

Редактор С.Лисина

Риг. 2

Составитель Ш.Бедердинов Техред М.МоргенталКорректор С.Черни

Использование: изобретение относится к лабораторным центрифугам. Сущность изобретения: центрифуга содержит камеру с установленным в ней ротором, датчики температуры и частоты вращения ротора, холодильный агрегат с испарителем, электродвигатель привода ротора, нагреватель, вентилятор, задатчик температуры ротора, блок стабилизации температуры, кожух с патрубком и заслонку с управляющим элементом, при этом электродвигатель, вентилятор и нагреватель размещены в кожухе, заслонка установлена в патрубке, соединенном с камерой центрифуги, а нагреватель - перёд заслонкой на пути воздушного потока, создаваемого вентилятором, 2 ил.