Brevet FR2812349A1 — publié le 20020201

La présente invention concerne une enceinte de travail, du type com- prenant au moins une enveloppe délimitant intérieurement une chambre de tra- vail, et au moins un ventilateur de mise en mouvement de l'atmosphère de la chambre de travail, le ventilateur comprenant une hélice, qui est disposée à I'intérieur de la chambre de travail pour tourner autour d'un axe de rotation et qui repose sur une surface d'appui située dans la chambre de travail, et un moteur à champ magnétique tournant comprenant un rotor solidaire en rotation de l'hélice et entraîné en rotation par le champ magnétique tournant. L'invention s'applique notamment à des enceintes thermostatées tel- les que des fours, des étuves ou des incubateurs. De telles enceintes sont utili- sées par exemple pour des applications biologiques telles que la culture de bac- téries, de cellules ou d'autres organismes, ou pour des applications d'extraction de solvants ou de cuisson. Ces enceintes présentent des éléments chauffants généralement sous forme de résistances électriques. Le ventilateur permet d'améliorer le transfert thermique entre ces éléments chauffants et l'atmosphère de la chambre de tra- vail en créant une convection forcée. Généralement, le moteur d'entraînement est un moteur alimenté élec- triquement et comprenant un stator de production d'un champ magnétique tour- nant. Ce stator est disposé, avec le rotor, à l'extérieur de la chambre de travail. Un arbre, qui traverse l'enveloppe délimitant la chambre de travail, relie alors mécaniquement l'hélice et le rotor. Un tel agencement gêne les opérations de nettoyage, et plus particu- lièrement de décontamination, de la chambre de travail. Un but de l'invention est de résoudre ce problème en fournissant une enceinte de travail du type précité dont le nettoyage de la chambre de travail est facilité. A cet effet, l'invention a pour objet une enceinte du type précité, ca- ractérisée en ce que l'hélice forme le rotor. Selon des modes particuliers de réalisation de l'invention l'enceinte de travail peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles - I'hélice comporte des pales dont des surfaces supérieures sont incli- nées au moins en partie par rapport à son axe de rotation pour produire une dé- pression locale au-dessus de l'hélice tendant à la soulever; - I'enceinte comprend des moyens d'indexation de la position de I'hélice par rapport à la surface d'appui; - I'hélice repose librement sur au moins un support situé dans la chambre de travail; - l'hélice repose directement sur ledit support qui fournit ladite surface d'appui; - l'enceinte comprend au moins une étagère disposée dans la cham- bre de travail, I'étagère comprenant une paroi inférieure et une paroi supérieure entre lesquelles l'hélice est logée, la paroi inférieure fournissant ladite surface d'appui; - l'hélice repose sur le support par l'intermédiaire de la paroi inférieure de l'étagère; - I'enceinte comprend au moins un élément de chauffage de l'atmosphère de l'enceinte la chambre de travail; - I'enceinte comprend au moins un élément de réfrigération de l'atmosphère de la chambre de travail; - le moteur d'entraînement comprend un stator de production d'un champ magnétique tournant pour entraîner l'hélice en rotation; - le stator est disposé à l'extérieur de la chambre de travail; et - I'hélice comporte au moins un aimant permanent. L'invention a en outre pour objet une hélice pour une enceinte telle que définie ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un aimant permanent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une section transversale schématique d'une enceinte selon l'invention prise suivant un plan vertical parallèle à l'ouverture d'accès de l'enceinte, - la figure 2 est une vue schématique, partielle et en perspective éclatée, illustrant l'hélice et le fond de l'enceinte de la figure 1, - la figure 3 est une section schématique d'une pale d'une variante de l'hélice des figures 1 et 2, et - la figure 4 est une vue partielle et agrandie analogue à la figure 1, illustrant un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une enceinte de travail 1 comprenant une cuve 2 sensiblement parallélépipédique et dont une des faces est ouverte. L'enceinte 1 comprend également une porte, non représentée sur la figure 1, articulée à la cuve 2 pour obturer cette face ouverte et permettre l'accès à l'intérieur de l'enceinte 1. La cuve 2 et la porte ont une structure à double enveloppe compre- nant une enveloppe extérieure 4, une enveloppe intérieure 5 et une couche d'isolant thermique 6 disposée entre ces enveloppes. L'enveloppe intérieure 5 délimite intérieurement une chambre de tra- vail 7. L'enceinte 1 est équipée d'un ventilateur 10 de mise en mouvement de l'atmosphère de la chambre de travail 7. Ce ventilateur 10 comprend une hé- lice 11 disposée à l'intérieur de la chambre de travail 7 et des moyens 12 de création d'un champ magnétique, qui tourne autour d'un axe géométrique A ver- tical et qui est sensiblement orthogonal à celui-ci. Typiquement, ces moyens 12 peuvent comprendre des enroulements destinés à être parcourus par des cou- rants polyphasés pour créer le champ magnétique tournant. Dans une variante, ces moyens 12 peuvent comprendre un aimant permanent entraîné par un mo- teur. Les moyens 12 sont logés, sous la paroi inférieure ou fond 16 de I'enveloppe intérieure 5, dans un logement 13 ménagé dans l'isolant thermique 6 et dans l'enveloppe extérieure 4 pour permettre un accès à ces moyens 12 de- puis l'extérieur de l'enceinte 1. L'axe vertical A est sensiblement centré par rap- port au fond 16.. Comme illustré plus particulièrement par la figure 2, I'hélice 11 com- prend un moyeu 20 d'axe A et des pales 21 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis ce moyeu 20. Ces pales 21 sont régulièrement réparties angu- lairement autour du moyeu 20 et sont inclinées par rapport à l'axe A du moyeu 20. Un aimant permanent 24 est logé à l'intérieur du moyeu 20 pour être solidaire de celui-ci en rotation autour de l'axe A. Cet aimant permanent 24 est orienté pour que le champ magnétique qu'il crée soit sensiblement orthogonal à l'axe A. Le moyeu 20 présente en outre une cavité conique 25 centrale ména- gée depuis sa face inférieure 26 et convergeant vers le haut. Une saillie de forme complémentaire 27 est prévue au centre de la surface supérieure 28 du fond 16 de l'enveloppe intérieure 5. Cette saillie 27 est orientée vers le haut. L'hélice 11 repose librement par l'intermédiaire de son moyeu 20 sur la surface supérieure 28 du fond 16. La saillie 27 du fond 16 est insérée dans la cavité 25 du moyeu 20. Des moyens 30 de chauffage, telles que des résistances chauffantes, sont installées sous le fond 16, dans l'isolant thermique 6. Lorsque les moyens 12 produisent un champ magnétique tournant dans le sens de la flèche 31 sur les figures 1 et 2, celui-ci entraîne en rotation l'aimant permanent 24 et donc l'hélice 11 dans le même sens autour de l'axe A. Les moyens 12 et l'hélice 11 forment alors respectivement un stator, situé à l'extérieur de la chambre de travail, et un rotor d'un même moteur à champ ma- gnétique tournant. Du fait de l'orientation des pales 21 de l'hélice 11, l'hélice 11 crée lo- calement un écoulement d'air dirigé vers le bas et donc vers le fond 16, comme schématisé par les flèches 31 sur la figure 2. Cet écoulement est donc dirigé dans le sens de la gravité et crée une dépression au-dessus des pales 21. Ainsi, l'hélice 11 a tendance à se soulever par rapport au fond 16 sur laquelle elle repose, en limitant les frottements. Le fond 16 renvoie ensuite l'écoulement d'air latéralement vers l'extérieur au-dessus des éléments chauffants 30. L'écoulement d'air est ensuite dévié par les parois latérales 32 de l'enveloppe intérieure 5 vers le haut, puis cir- cule le long de la paroi supérieure 34 vers son centre, et redescend enfin vers l'hélice 11. Le trajet de cet écoulement d'air est schématisé par les deux flèches sur la figure 1. Ainsi, le ventilateur 10 crée une convection forcée dans la chambre de travail 7 permettant d'assurer un transfert thermique satisfaisant entre les élé- ments chauffants 30 et l'atmosphère de cette chambre de travail. En particulier, cette convection forcée permet d'atteindre une homogénéité satisfaisante au sein de la chambre de travail 7. Ainsi, I'enceinte 1 est apte à être utilisée comme incubateur. Par ailleurs, pour nettoyer la chambre de travail 7, il suffit de saisir l'hélice 11 et de la retirer sans qu'aucune opération de démontage ne soit néces- saire. Le nettoyage de la chambre de travail 7 est donc plus simple que dans le cas o l'hélice est entraînée par un arbre traversant l'enveloppe inté- rieure 5. De plus, la structure du ventilateur 10 ne nécessite pas de créer d'infractuosité dans les parois de l'enveloppe intérieure 5 qui gênerait également I'opération de nettoyage. Lorsque le nettoyage de la chambre de travail 7 est achevé, il suffit de reposer l'hélice 11 au centre du fond 16. Les reliefs complémentaires 25 et 27, qui forment moyens d'indexation, permettent de positionner précisément l'hélice 1 1 au centre du fond 16. Enfin, il est intéressant de noter que la structure du ventilateur 10 permet d'utiliser l'enceinte 1 avec ou sans convection forcée. Dans ce dernier cas, il suffit de retirer l'hélice 11, les moyens 12 étant alors inactifs. Selon une variante non représentée, les reliefs 25 et 27 sont suppri- més, le centrage étant assuré automatiquement lorsque les moyens 12 sont acti- vés. Dans une autre variante non représentée, I'hélice 11 peut ne pas comprendre d'aimant permanent, son entraînement étant uniquement assuré par la création de courants de Foucault dans l'hélice 11 par le champ magnétique tournant produit par les moyens 12. Dans ce cas, I'hélice 1 1 comprend au moins une partie réalisée en un matériau électriquement conducteur. Dans encore une autre variante non représentée, I'hélice 11 com- prend des moyens pour créer un champ magnétique tournant par rapport à celle- ci autour de l'axe A. Ces moyens peuvent comprendre une source électrique et des enroulements alimentés par celle-ci. Dans ce cas, les moyens 12 de la figure 1 sont remplacés par exem- ple par un aimant permanent qui, par coopération avec le champ magnétique tournant, produira l'entraînement en rotation de l'hélice 11 autour de l'axe A. Selon une variante illustrée par la figure 3, les pales 21 ont chacune un profil en " aile d'avion " avec une surface inférieure 37 sensiblement hori- zontale et une surface supérieure 38 de concavité dirigée vers le bas. Chaque surface supérieure 38 de pale 21 est donc inclinée au moins en partie par rap- port à l'axe A. Lors de la rotation de l'hélice dans le sens 31 une dépression sera créée au-dessus des surfaces supérieures 38 des pales 21 tendant à soulever I'hélice 11. Selon le mode de réalisation de la figure 4, I'enceinte 1 comprend au moins une hélice 11 disposée à l'intérieur d'une étagère 40 de la chambre de travail 7. Cette étagère 40 est destinée à supporter des produits à traiter dans la chambre de travail 7. L'étagère 40 est creuse et comprend une paroi inférieure 41 horizon- tale et une paroi supérieure 42 horizontale entre lesquelles l'hélice 11 est dispo- sée. Les parois 41 et 42 présentent des ouvertures 43 pour permettre à l'atmosphère de la chambre de travail 7 de s'écouler au travers de l'étagère 40. La face inférieure 26 du moyeu 20 de l'hélice 11 repose sur la surface supérieure 44 de la paroi inférieure 41. Des reliefs d'indexation 25 et 27 tels que ceux décrits précédemment sont prévus, d'une part sur la face inférieure 26 du moyeu 20 et la surface supérieure 44 de la paroi inférieure 41, et d'autre part sur la face supérieure 45 du moyeu 20 et sur la surface inférieure 46 de la paroi su- périeure 42. L'hélice 11 ne comporte plus d'aimant permanent dans son moyeu 20 mais plusieurs aimants permanents 24 portés chacun par une de ses pales 21. Les champs magnétiques créés par ces aimants 24 sont sensiblement radiaux par rapport à l'axe A de l'hélice 11. L'étagère 40 prend appui sur des taquets de support 48 prévus sur les parois latérales 32 de l'enveloppe intérieure 5. L'étagère 40 repose librement sur ces taquets 48. Les moyens 12 de création d'un champ magnétique tournant com- prennent des éléments 49 disposés dans l'isolant thermique 6 au même niveau que l'étagère 40, sensiblement au centre de chaque paroi latérale 32 de l'enveloppe intérieure 5. Le ventilateur 10 formé par l'hélice 11 et les moyens 12 associés per- met, comme précédemment, de mettre en mouvement l'atmosphère de la cham- bre de travail 7. On conçoit que la chambre de travail 7 peut être équipée de plusieurs étagères 40 telles que celle décrite ci-dessus et que cet agencement peut être combiné avec celui décrit en regard des figures 1 et 2. De manière plus générale, les principes ci-dessus peuvent s'appliquer à la mise en mouvement de l'atmosphère d'une chambre de travail qui n'est pas chauffée mais, par exemple, réfrigérée. REVENDICATIONS 1. Enceinte de travail (1), du type comprenant au moins une enve- loppe (5) délimitant intérieurement une chambre de travail (7), et au moins un ventilateur (10) de mise en mouvement de l'atmosphère de la chambre de travail, le ventilateur comprenant une hélice (11), qui est disposée à l'intérieur de la chambre de travail pour tourner autour d'un axe de rotation (A) et qui repose sur une surface d'appui (28; 44) située dans la chambre de travail (7), et un moteur (11, 12) à champ magnétique tournant comprenant un rotor solidaire en rotation de l'hélice et entraîné en rotation par le champ magnétique tournant, caractéri- sée en ce que l'hélice forme le rotor. 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'hélice (11) comporte des pales (21) dont des surfaces supérieures (38) sont inclinées au moins en partie par rapport à son axe de rotation (A) pour produire une dé- pression locale au-dessus de l'hélice tendant à la soulever. 3. Enceinte selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (25, 27) d'indexation de la position de l'hélice par rapport à la surface d'appui (28; 44). 4. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'hélice repose librement sur au moins un support (16; 48) situé dans la chambre de travail (7). 5. Enceinte selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'hélice repose directement sur ledit support (16) qui fournit ladite surface d'appui (28). 6. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une étagère (40) disposée dans la chambre de travail, l'étagère comprenant une paroi inférieure (41) et une paroi supérieure (42) entre lesquelles l'hélice (11) est logée, la paroi inférieure (41) fournissant ladite surface d'appui (44). 7. Enceinte selon les revendications 4 et 6 prises ensemble, l'hélice repose sur le support (48) par l'intermédiaire de la paroi inférieure (41) de l'étagère. 8. Enceinte de travail selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément (30) de chauffage de l'atmosphère de l'enceinte la chambre de travail (7). 9. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un élément de réfrigération de l'atmosphère de la chambre de travail. 10. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur d'entraînement comprend un stator (12) de production d'un champ magnétique tournant pour entraîner l'hélice (11) en rotation. 11. Enceinte selon la revendication 10, caractérisée en ce que le sta- tor (12) est disposé à l'extérieur de la chambre de travail (7). 12. Enceinte selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que I'hélice (11) comporte au moins un aimant permanent (24).