Brevet FR2651449A1 — publié le 19910308

CENTRIFUGEUR COMPORTANT UN ROTOR A CARENAGE. La présente invention concerne un centri- fugeur comportant un rotor à carénage. De tels centri- fugeurs sont, par exemple, utilisés en biochimie ou en applications médicales, notamment pour le traitement du sang. Un centrifugeur comprend un stator ou cuve présentant un logement généralement thermostaté et un rotor entraîné en rotation dans ledit logement par un moteur. Lorsqu'un rotor est en rotation dans son loge- ment, il tend à entraîner l'air contenu dans ledit logement. C'est pourquoi de tels centrifugeurs compor- tent souvent un carénage entourant le rotor, ce carénage étant fixe par rapport au rotor, entraîné en rotation avec lui et ayant pour objet d'empocher ou tout au moins de réduire les phénomènes de surpression et dépression qui peuvent apparaître dans l'atmosphère du logement de cuve, lorsque le rotor est en mouvement de rotation. En l'absence de carénage, le rotor fonc- tionne sensiblement comme une pompe centrifuge; ceci est particulièrement vrai avec les rotors couramment appelés "rotors en étoile", qui comportent plusieurs branches s'étendant radialement à partir de l'axe du rotor, branches entre lesquelles sont montées des nacelles destinées à recevoir les récipients à centri- fuger, lesdites branches se comportant alors sensible- ment comme les pales d'un rouet. Les carénages, dont sont munis ces rotors, permettent donc de réduire les turbulences d'air créées en cours de rotation et réduisent, de ce fait, les pertes d'énergie et les échauffements qui en résultent. Cependant, de tels carénages présentent le désavantage majeur d'empêcher une bonne circulation de l'air autour des nacelles de centrifugation; les échanges thermiques entre l'extérieur des carénages et lesdites nacelles sont peu satisfaisants. Or, il est important de pouvoir contrôler très exactement la température de ces nacelles, notamment lorsqu'il s'agit de centrifugeur utilisé en applications médicales ou en biochimie, bon nombre de produits biologiques devant être maintenus à des températures bien déterminées, ces températures pouvant varier entre 4'C et 37'C. Afin de permettre un bon contr8ôle de la température des nacelles, le rotor est souvent monté, comme précédemment indiqué, dans un logement de t10 cuve, dont les parois sont munies de dispositifs de réfrigération (et éventuellement de chauffage). il convient, en effet, de remarquer que presque toute la puissance du moteur, de l'ordre de grandeur du kilowatt, est dissipée en chaleur dans la cuve, ce qui exige une évacuation de calories pour maintenir la température de l'air de la cuve à un niveau donné. Il est bien clair, que la présence d'un carénage établit une séparation entre l'air compris entre la cuve et le carénage, d'une part, et l'air compris à l'intérieur du carénage, d'autre part. D'o il résulte un mauvais ajustement de la température des nacelles de centrifu- gation, sutout lorsque le carénage est complètement fermé grace à un couvercle. La présente invention propose un rotor à carénage permettant des échanges thermiques améliorés entre les systèmes de refroidissement ou de chauffage de la cuve et les nacelles de centrifugation. Pour ce faire, la présente invention propose d'utiliser un carénage de rotor comportant des trous répartis sur toute sa périphérie: lorsque le carénage ne comporte pas de couvercle, lesdits trous permettent la circula- tion de l'air à l'intérieur du carénage pendant le mouvement de rotation du rotor; en effet, le rotor caréné, en tournant, crée une zone de haute pression à la périphérie du carénage et une zone de basse pres- sion au centre, d'o il résulte une circulation d'air à travers les trous du carénage. L'air dans la cuve vient lécher la paroi réfrigérée du logement de cuve, puis, passe dans les trous de carénage et vient balayer les parois des nacelles, d'o il résulte une amélioration sensible des échanges thermiques. En outre, de tels trous permettent l'évacuation des liquides que peut contenir le carénage et qui peuvent être à l'origine de balourds engendrant des vibrations dans l'appareil et des con- traintes sur l'axe du rotor, pouvant causer la détérioration ou même la destruction du centrifugeur. Il est, en effet, possible que les récipients à cen- trifuger (éprouvettes, sacs à parois souples, ou analogues) se rompent au cours de la centrifugation sous l'effet des fortes pressions engendrées par les accélérations centrifuges. Il arrive aussi, lorsque la cuve est amenée à basse température, qu'il se produise des condensations à l'intérieur du carénage, lorsque la température dans le carénage est ou devient inférieure au point de rosée de l'air humide contenu dans le carénage; ces phénomènes, peuvent être, eux aussi, à l'origine de balourds dangeureux pour l'appareil. Avec des carénages du type de ceux que propose l'invention, les liquides, plaques contre les parois internes dudit carénage, sortent de celui-ci, par les trous réalisés dans lesdites parois, au cours de la rotation du rotor. La présente invention a donc pour objet un centrifugeur comportant, dans un logement de cuve sta- torique, un rotor mobile en rotation autour de son axe et entraîné par un moteur, ledit rotor portant des nacelles destinées chacune à recevoir au moins un récipient à centrifuger, ledit rotor étant associé à un carénage qui en est solidaire et l'entoure, au moins au niveau desdites nacelles, le rotor et son carénage constituant un ensemble dynamiquement équilibré par rapport à son axe de rotation, caractérisé par le fait que ledit carénage comporte une pluralité de trous répartis sur sa paroi latérale. Avantageusement, les nacelles sont des pots fixés sur le rotor par des tourillons permettant leur pivotement sous l'effet de la force centrifuge au cours de la rotation du rotor et les trous sont disposés sur la paroi latérale du carénage à un niveau tel que le fond des nacelles se trouve au niveau des trous, lorsque le rotor est animé de son mouvement de rotation; le rotor est avantageusement un rotor en étoile; le carénage peut comporter au moins un trou par nacelle et notamment un trou au droit de chaque nacelle; pour faciliter l'équilibrage dynamique du rotor, les trous peuvent être de même diamètre et à une distance angulaire constante les uns des autres; les centres des trous peuvent être dans un même plan perpendiculaire à l'axe du rotor ou peuvent être à des niveaux décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de l'axe du rotor. Les trous peuvent être en nombre pair ou impair: on choisit généralement un nombre impair si l'on doit réduire les bruits en cours de rotation; les trous peuvent avoir des diamètres égaux ou différents; pour les centrifugeurs de taille moyenne, on a constaté que l'on obtenait de bons résultats en pratiquant des trous ayant un diamètre de 8 mm. On préfère que les trous soient sensiblement dans la par- tie de plus grand diamètre du carénage. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire, ci-après, à titre pure- ment illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 est une vue en coupe, selon 1-I de la figure 2, d'un centrifugeur conforme à l'invention, la coupe 1-I passant par l'axe du rotor; - la figure 2 est une vue en plan (selon 11-I1 de la figure 1) du rotor du centrifugeur de la figure 1. En se référant au dessin, on voit que le centrifugeur décrit comporte un rotor en étoile 1 pivotant autour de son axe 2 et entraînant dans son mouvement un carénage 3, l'ensemble étant monté dans une cuve statorique 4. Ce rotor en étoile 1 comporte quatre branches 5 s'étendant radialement à partir de l'axe de pivotement 2 du rotor, lesdites branches 5 admettant un même plan médian perpendiculaire audit axe 2, axe autour duquel elles sont réparties régulièrement. Chacune de ces branches 5 est terminée, à son extrémité la plus éloignée de l'axe 2, par deux bras 6 répartis symétriquement par rapport à la branche 5 qui les porte et formant entre eux une fourche dont l'angle d'ouverture est de 45. Chaque bras 6 d'une branche 5 est parallèle au bras 6 de la branche 5 voisine, auquel il est directement en regard, et porte, en outre, un tourillon 7 s'étendant perpendicu- lairement, dans le plan médian du rotor en étoile 1, vers ledit bras 6 qui lui fait face. Sur les deux tourillons 7 de deux bras 6 en regard terminant deux branches 5 voisines, sont montées des nacelles 8 de centrifugation pouvant pivoter sous l'effet de la force centrifuge, par rapport à l'axe formé par les- dits tourillons 7, lors du mouvement de rotation du rotor 1. Ces nacelles 8 sont des pots destinés à recevoir les récipients à centrifuger, ces récipients pouvant consister en des portoirs g19, dont la forme extérieure est complémentaire de la forme intérieure de ces nacelles 8, et, qui sont munies d'alvéoles dans lequels sont rangés des tubes 20 à centrifuger, ces récipients pouvant aussi consister en des flacons ou en des sacs à parois souples (non représentés). Les branches 5 du rotor 1 sont réalisées en un acier ayant une résistance de traction de l'ordre de 80 A 100 Kg/mm2, le rotor en étoile 1 pouvant sup- porter jusqu'à 24 tonnes par branche 5, son poids étant de 40 Kgs. Le carénage 3 comporte une paroi ayant une forme de révolution autour de l'axe 2, s'évasant sen- siblement à partir d'un fond 3a, parallèle au fond des nacelles 8 lorsque le rotor 1 et celles-ci sont au repos, jusqu'à une partie 3b sensiblement cylindrique, centrée sur l'axe 2. Le fond 3a est relié au centre du rotor en étoile 1 par une jupe 9 tronconique s'évasant du rotor 1 jusqu'au fond 3a, ladite jupe 9 étant soudée ou rivetée à ses extrémités au rotor 1 et au carénage 3. La partie cylindrique 3b est la partie de plus grand diamète du carénage 3 et se situe sensible- ment au niveau du plan médian des branches 5 du rotor i. Le carénage 3 comporte sur cette partie cylindrique 3b de la paroi latérale qui le constitue, une plu- ralité de trous il circulaires, ayant un diamètre d'environ 8 mm, les centres de ces trous 11 étant répartis sensiblement au niveau du plan médian des branches 5 du rotor 1, le fond des nacelles 8 se trouvant sensiblement au niveau desdits trous 11, lorsque le rotor 1. est animé de son mouvement de rota- tion. Le carénage 3, se termine, en outre, au-delà de la partie cylindrique 3b par rapport au fond 3a, par un rebord annulaire intérieur 3c qui délimite une ouverture circulaire 10 centrée sur l'axe 2 et dont le rayon est légèrement supérieur au plus grand rayon de l'ensemble formé par le rotor 1 et les nacelles 8 au repos. Un tel carénage 3 est, par exemple, obtenu par repoussage d'une feuille métallique. L'ensemble que constitue ledit rotor 1, le carénage 3 et les nacelles 8, est monté dans un évidement 12 de la cuve statorique 4, ladite cuve 4 comportant un fond 13 entouré d'une paroi 14 cylin- drique et pouvant @tre obturée de façon étanche par un couvercle 15. Cette cuve 4 est associée, de façon classique, à un dispositif 16 de réfrigération (et/ou de chauffage), ainsi qu'à une couche 17 en un matériau isolant, ladite couche 17 entourant extérieurement la paroi 14 et le fond 13. Dans le fond 13 débouche un tuyau de drainage 18 traversant la couche 17 et per- mettant l'évacuation de liquides contenus dans la cuve 4. Un tel centrifugeur s'utilise de la facon qui va maintenant être décrite. Après que l'opérateur ait introduit, par l'ouverture 1t, les récipients 19 à centrifuger dans les nacelles 8, puis replacé le couvercle 15 dans sa position d'obturation de la cuve 4, le rotor en étoile 1 est entraTné en rotation par l'intermédiaire d'un moteur, les vitesses maximales atteintes pouvant t.re de l'ordre de 104 à 105 tr/min. L'air dans la cuve 4 du centrifugeur est à son tour entraîné et vient lécher la paroi 14 refroidie (ou chauffée) par le dispositif 16, puis, aspiré par la différence de pression créée entre la périphérie du carénage 3 et le centre de celui-ci, circule à travers les trous 11l dudit carénage 3, assurant ainsi la réfrigération (ou le chauffage) des nacelles 8 et de leur contenu. Il est à noter qu'en fonctionnement, la différence de température entre les nacelles 8 et la paroi 14 de la cuve 4 est de l'ordre de 2'C, tandis qu'avec un centrifugeur comportant un rotor à carénage sans trous, cette différence de température peut être supérieure à 10 C. En outre, si pour une des raisons qui ont été précédemment exposées, le carénage 3 contient un liquide quelconque, celui-ci va être, lors de la rotation du rotor en étoile 1, plaqué sur les parois intérieures dudit carénage 3 et va remonter jusqu'à la partie cylindrique 3b dudit carénage 3, qui en est la partie de plus grand rayon,pour s'échapper par les trous 11, retomber sur le fond 13 et être évacué par le tuyau de drainage 18. Comme pour toute utilisation de centri- fugeur, on veillera à ce que la décélération dudit centrifugeur ne soit pas trop brutale, de façon à ce que les produits séparés par la centrifugation ne soient pas mis en suspension l'un dans l'autre, ce d'autant plus si leurs différences de densités sont faibles. A titre d'ordre de grandeur, on pourra passer de 4.000 tr/mn à 0 tr/mn en trois minutes, avec une première phase de freinage rapide jusqu'à 800 tr/mn, puis une deuxième phase de freinage amortie para- boliquement. La fin du freinage pourra, par exemple, être obtenue par mise en court-circuit du rotor du moteur entraTnant le rotor 1 du centrifugeur. Dans d'autres réalisations non représentées, dans lesquelles on cherche à éviter plus particulièrement les problèmes de vibrations ou de bruits que peuvent engendrer l'existence des trous sur le carénage, lesdits trous sont à des niveaux décalés les uns par rapport aux autres dans la direction axi- ale du rotor et/ou sont répartis régulièrement sur la paroi du carénage, ledit carénage étant alors rééquilibré, par ailleurs, par addition de masse. Dans d'autres réalisations, encore, les trous sont de diamètres différents et/ou sont en nombre impair, ce qui permet d'éviter la formation de certains har- moniques. REVENDICATIONS 1 - Centrifugeur comportant, dans un loge- ment (12) d'une cuve statorique (4), un rotor (1) mobile en rotation autour de son axe (2) et entraîné par un moteur, ledit rotor (1) portant des nacelles (8) destinées chacune à recevoir au moins un récipient (19) à centrifuger, ledit rotor (1) étant associé à un carénage (3) qui en est solidaire et l'entoure, au moins au niveau desdites nacelles (8), le rotor (1) et son carénage (3) constituant un ensemble dynamiquement équilibré par rapport à son axe de rotation (2), caractérisé par le fait que ledit carénage (3) com- porte une pluralité de trous (11) répartis sur sa paroi latérale. 2 - Centrifugeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les nacelles (8) sont des pots fixés sur le rotor (1) par des tourillons (7) permettant leur pivotement sous l'effet de la force centrifuge au cours de la rotation du rotor (1) et que les trous (11) sont disposes sur la paroi latérale du carénage (3) à un niveau tel que le fond des nacelles (8) se trouve sensiblement au niveau des trous (11), lorsque le rotor (1) est animé de son mouvement de rotation. 3 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé par le fait que le rotor (1) est un rotor en étoile. 4 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le carénage (3) comporte au moins un trou (11) par nacelle (8). - Centrifugeur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le carénage (3) comporte un trou (11) au droit de chaque nacelle (8). 6 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que les trous (11l) sont à une distance angulaire constante les uns des autres. 7 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait que les centres des trous (11) sont dans un même plan perpendiculaire à l'axe (2) du rotor (1). 8 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait que les centres des trous (11) sont à des niveaux décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de l'axe (2) du rotor (1). 9 - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé par le fait que les trous (11) sont sensiblement disposés dans la partie (3b) de plus grand diamètre du carénage (3). 10 - Centrifugeur.selon l'une des revendica- tions 1 à 9, caractérisé par le fait que les trous (11) ont des diamètres égaux. Il - Centrifugeur selon l'une des revendica- tions 1 à 9, caractérisé par le fait que les trous (11) ont des diamètres différents.