CN100497581C - 自动生物培养和分送系统 - Google Patents
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Abstract
一种自动生物培养和分送系统，利用积木式发酵罐，所述积木式发酵罐是可拆卸的，由其它发酵罐替换。发放空气、水和/或培养基的机构适用于让发酵罐能够容易地连接和脱开，以进行方便和低费用的替换。搅拌机构与发酵罐可以是整体并且是可拆卸的，或者可以与发酵罐快速地连接和脱开。发酵罐可以是一次性的，并且每个新发酵罐可以提供成包括起始量生物量和/或培养基的密封容器。
Description
技术领域
本发明涉及自动生物培养和分送系统，并且，更具体地涉及适用于从起子(starter)菌群培养细菌和适用于分送细菌以进行所希望的使用，譬如从油阱中去除油脂的自动细菌培养和分送系统。
背景技术
培养细菌的自动系统和方法是公知的。一些系统使用粉末形式的起子细菌和培养基。在储存和/或分送起子细菌和培养基方面存在困难。例如，在起子细菌和/或培养基是粉末形式时，水份可以引起粉末结块，不利于处理和分送。在含有装置的封装内保存起子细菌和培养基必须把封装内的水份增加到环境空气以上并且增加处理和分送起子细菌及培养基的困难。在某些条件下起子细菌和培养基可能需要储存在高于或低于环境的温度，这引起对温度的关切。
公知的培养细菌的自动系统典型地利用生物发酵器(biogenerator)，细菌和培养基安放于其中批量地培养。典型地，补料装置提供补充的培养基、水和空气。典型地用泵分送和补料。在使用生物发酵器培养细菌和分送细菌一段时间以后，生物发酵器需要从生物发酵器中清空所有的内容物并且清洁生物发酵器，然后才能加入和培养新的生物量批次。仅用水冲洗系统是不够的，不能提供充分的清洁。为了保证新的一批细菌不受以前培养的细菌的污染，清洁是重要的。由于现有技术生物发酵器以及其相关的培养基、水和空气补料装置和泵的相对复杂的性质，清洁是高劳动强度的，并且是困难的。因此周期性的清洁生物发酵器花费大，并且仅所涉劳动力成本就可抵消由于使用生物发酵器而较使用非生物发酵器的其它机构所能达到的总成本节支，例如与单纯周期性地泵出油阱比较。
公知的生物发酵器在其机械布置上相对复杂，并且因此，一般地对单个生物发酵器提供起子细菌以包括众多不同的细菌培养物。已经显露出的一个缺点是，随着时间推移，不同菌株在生物发酵器中占据优势，这是由于一些菌株培养和其它菌株相比的内在趋势与培养基的特性、温度特性和培养基的浓度等等有关。在生物发酵器工作一段时间后，在它可被清洁和开始新的批次前，混合物中的细菌比例可能与优选的比例发生变化，并且这种变化即使有相对精确的诸如温度之类的条件控制也可能发生。
现有技术生物发酵器典型地具有分送泵和/或再循环泵用于循环包含水、细菌和培养基的液体。这样的再循环泵涉及液体经之通过的管子和管路，清洁这些管子和管路极为困难并且耗费时间，并且必然地涉及接合处及连接处，这些地方时间长了必然地会产生机械故障。
公知的自动生物培养和分送系统典型地不适于偏远地方的工作，例如在没有电源或者压力水源处。公知的自动生物培养和分送系统典型地有相对高的能耗，并且不适用于由电池驱动较长的时间工作，譬如工作14至30天。
公知的自动生物培养和分送系统典型地需要周期性处理起子细菌和培养基，例如，为了开始新批次，或者给从中分送细菌和培养基的料斗和容器重新装料。在可能污染起子细菌和培养基和/或分送系统周围的环境方面，这样的处理是不利的。
现有技术自动生物培养和分送系统采用干粉末形式的起子细菌和培养基的组合。缺点是干粉末难于对每个新的批次处理和分送。另外，细菌与培养基的相对比例预设于粉末中，并且不能够进行调节。
发明概述
为了至少部分地克服现有技术装置的这些缺点，本发明提供一种利用积木式发酵罐的自动生物培养和分送系统，所述的积木式发酵罐可以拆卸，用另一个发酵罐更换。改装发放空气、水和/或培养基的机构，使之能够方便地连接和脱开发酵罐以方便和廉价地更换。搅拌机构与发酵罐可以是整体也可以是可拆卸的，或者与发酵罐可以快速连接和脱开。发酵罐可以是一次性的，并且每个新的发酵罐可以提供成包括起始量生物量和/或培养基的密封的容器。
每个单独的自动生物培养和分送系统可以设有多个发酵罐，从而积累地提供所要求的系统容量和/或提供在每个发酵罐中培养不同的生物量。优选地，要加入到发酵罐中的培养基包括液体形式的培养基以易于与细菌分开地储存，并且方便分送。
在一个方面，本发明提供自动生物培养和分送系统的简化的结构。
在另一个方面，本发明提供一种一次性的一体化发酵罐，以方便连接和脱开自动生物培养和分送系统。
在另一个方面，本发明提供一种可更换的一体化发酵罐，所述的发酵罐设有起始量的生物量和/或培养基。
在另一个方面，本发明提供一种自动生物培养和分送系统，所述自动生物培养和分送系统适配多个可更换的和/或一次性的发酵罐。
在另一个方面，本发明提供一种用于自动生物培养和分送系统的发酵罐，所述自动生物培养和分送系统安装有与之连接的并且可以更换的廉价的一次性马达。
在另一个方面，本发明提供一种用于自动生物培养和分送系统的发酵罐，其中用简单的风扇提供空气。
因此在一个方面，本发明提供一种用于培养细菌的自动分批方法，含有重复一个批周期，所述批周期包含步骤：
(i)引入一批次起子菌群、水和培养基，并且在液体中把细菌从批次起子菌群在预定的期间培养成使用菌群，及其后
(ii)重复以下的子周期：
(a)分送出分送部分的细菌进行所希望的使用，同时保留其余部分细菌，和
(b)对发酵罐补充附加的水和/或培养基以把其余部分中的细菌培养成使用菌群，
(iii)接着，在许多所述的子周期后，从批次中放出所有的细菌并且重复批周期步骤(i)至(iii)，
所述处理在一种装置中进行，所述装置包含：
一种积木式生物发酵器，具有顶、底、用于向发酵罐中进水的水输入、用于向发酵罐中进气的空气输入、用于向发酵罐中加入培养基的培养基输入，和用于从发酵罐中流出液体的发酵罐输出，
一种用于在发酵罐中搅拌液体的搅拌机构，
一种用于经空气输入向发酵罐中发放空气与罐中液体发生接触的空气发放系统，
一种用于经水输入向发酵罐内发放水的水发放系统，
一种用于经培养基输入向发酵罐内发放培养基的培养基发放系统，
发酵罐是可拆卸的，
其中在每次批周期以后，并且作为下一个批周期的步骤，拆卸上次批周期中使用的发酵罐，并且在其位置连接下个周期的发酵罐，从而每个周期的一批次起子细菌菌群处于没有上个批周期的细菌的发酵罐中。
附图说明
从下面说明书参照附图可以了解本发明的其它方面和优点，在附图中：
图1是根据本发明的自动生物培养和分送系统的第一实施形式的正视图；
图2是图1的系统的正面透视图；
图3是图1中所示的组装的发酵罐和盖的透视图；
图4是经图3所示发酵罐组件的截面侧视图；
图5是单纯图3中的发酵罐的透视图；
图6是图1所示发酵罐的盖的透视图；
图7是图1中所示的原料分送单元的正面透视图；
图8是图1中所示的水输入阀门的透视图；
图9是图1中所示的排放槽的顶透视图；
图10是封装罩的底透视图；
图11是带有图10封装罩的图5发酵罐的类似图4的视图；
图12示出图5的发酵罐的侧视截面图，不同的是带有修改了的卡扣布置可拆卸马达；
图13示出图5的发酵罐的侧视截面图，不同的是带有磁性耦连的叶轮和马达；
图14是装有常平架的类似图4发酵罐的截面图；
图15是沿图14的剖线15`-15`的截面图；
图16是顶透视图，示出对图5所示修改适用于接合三个发酵罐的发酵罐盖。
具体实施方式
参阅图1至4，这些附图示出根据本发明的自动生物培养和分送系统10的一个优选实施形式。所述系统含有生物发酵器12、原料发放系统14、水发放系统16、控制器18和排放系统20。
生物发酵器12包括由发酵罐24和盖26形成的容器22。搅拌马达28在其底部连接在发酵罐24上并且用作在发酵罐24内混合液体。从图4中可见，马达28是廉价的直流马达，安装在发酵罐24的底部，带有穿经发酵罐24、轴支在底壁34中的轴32，所述的轴32载有叶轮36。在轴32与底壁34之间由垫圈提供密封。
发酵罐24包括向下伸的圆台40，圆台40中有中心镗孔用于容纳马达28。螺纹固着器39把一块板接合在马达28上，以便可拆卸地把马达固定在镗孔内。启动马达28后，转动轴32和叶轮36引起发酵罐24内的液体沿一个方向旋转，形成如图4中示意性示出的相对深的涡流，旨在增加液体上方空气中的氧被液体吸收的机会。马达28同轴地安装在发酵罐24内据认为是优选的，但并非是必须的。在优选实施形式中，马达28具有两个接触销30，并且适用于通过带有电线41的电线插头快速连接和脱开，所述电线41把马达28连接到控制器18。
发酵罐24在图中示出具有大体上截头圆锥的形状，其侧壁46从底壁34向上伸并且从底壁34向外形成圆锥段。侧壁46有截面为圆形的内表面，并且在直径上从底壁34向罐24的开放的上端48扩大。罐24可以有其它的形状。
如在图1中可见，系统10优选地安装在安装板上，所述安装板可以含有壳的后板52，所述壳可以包括可拆卸的壳罩，这在图中没有示出，所述的壳罩含有顶、底、两侧表面和前表面，以包容系统10和防止系统10暴露于元件等等。可以设置也可以不设置控制壳内温度和湿度的机构。如在图5中看得最清楚，设有安装凸缘50，用于与配套的发酵罐托架接合，使之能够可拆卸地安装罐24.
尽管在图中没有示出，壳的后板52设有与发酵罐安装凸缘50配套的安装托架，从而罐24可以方便地、可拆卸地安装到后板52上，以及从后板52上拆卸下来以用相似构形的另一个罐24更换。
罐24的侧壁46在其一侧载有溢流输出管口54。输出管口54在侧壁上从孔53伸出成为水平延伸向上开放的通道55，所述通道55止于向下延伸的管56，所述管56在输出58处开放。排放管60在输出58处连接到管56并且向下伸到输出62。
参阅图6，图6示出罐盖26，所述罐盖26用于可拆卸地以卡扣配合关系固定到发酵罐24上。盖26具有顶64和悬垂的凸缘66，所述的凸缘66从之向下延伸以便用卡扣配合可拆卸的关系接合到绕罐24的上开放端48的隆起的环形边缘68之上，如图5中所示。顶64包括一个带有从之伸出的臂69的圆形部分，所述臂69盖在输出管54上。凸缘66在臂69末端截去成为开口70于输出管54上的气隙开口72上方。开口70与气隙开口72一起提供安全溢流输出，在故障情况下，例如管56堵塞时，所述的安全溢流开口让液体从罐24向外流经气隙开口72，然后在重力作用下进入排放系统20。气隙开口72设有观察窗防止罐24内的材料或者其溢流上升到可接触或者污染由盖26承载的水发放系统的水平。
如图6中看得最清楚，盖26的臂69承载排放输入端74。该排放输入端经排水管76连接到水发放系统16的排水输入阀门79，如图2和8中所示。
顶端64包括罐水输入端78，所述的罐水输入端78经连接到水发放系统16的输入阀门82的发酵罐水管80连接，如图2和8中所示。
顶端64包括原料端口84，所述的原料端口84由原料管86连接到原料发放系统14的原料分送单元88。
盖26承载直立的风扇安装凸缘90，在其上安装风扇92，如图3所示最清楚。风扇92含有公知的风扇，所述的风扇具有壳、安装在该壳内的电动马达、连接到电动马达的轴和承载在轴上的叶轮，从而启动马达转动叶轮，经壳把空气抽过马达，然后向下鼓空气进入罐24。过剩空气可以经气隙开口72退出。如图4中示意地所示，由箭头93代表的空气从风扇92向下被引导，以与罐中的液体发生接触从而增加气体交换，尤其增加液体中的氧。
参见图7，该图示出原料发放系统14，含有原料储存容器94，所述的原料储存容器带有连接到分送泵96的输出95，分送泵96的输出98连接图2中所示的原料发放管86用于经盖26中的原料端口84把原料发放进发酵罐24中。分送泵96优选地是如美国专利5,836,482和6,343,724中说明的齿轮泵，这些文献的公开内容并入本文作为参引。在这样的齿轮泵中，齿轮泵由电动马达驱动。齿轮泵优选地是降低能量耗用的结构，从而使之能够用电池驱动。原料分送单元88以及其泵96由电线89连接到控制器18，如图1中所示。
含有储存容器94、齿轮泵96和与齿轮泵关联的马达的原料发放系统14作为集成单元在市场上可购得。优选的原料发放系统14可选自市售自动液体分送器，如用于分送洗手皀的分送器。原料优选地提供成液体，这可以方便地用原料分送单元88分送。一种优选的液体是浓蔗糖原料。所述浓蔗糖溶液可以有糖以外的其它营养物，例如于溶液中或者于乳悬液中。优选地，液体原料不包括细菌或其它活性生物量，并且因此相对稳定。
原料发放系统14适于用控制器18控制，以在需要时向发酵罐24中提供受控量的原料。
原料发放单元88适于以常规方式固定在后板52上并且在需要时可以拆卸。原料储存容器94示于图2中，具有开放的顶以利于周期地用原料填充原料储存容器94。或者，原料储存容器可以是可拆卸的，可以是可折叠的也可以是刚性的储存容器，可以周期地更换而不是为重新使用而重新灌充。
水发放系统16示于图8中，包括输入连接管100，其上要连接一个导管(未示出)从而从压力水源供水。
输入连接管100经水岐管106把水引到两个分开的阀门，也就是一个电磁线圈控制的罐水输入阀门82和一个电磁线圈控制的排水输入阀门79。这些阀门分别有连接到罐水管80或者排水管76的各自输出，用于或经水输入端78向罐24发放罐水，或向排水端输入74排水。阀门79和82是公知的电控制阀，可以在开放和关闭位置之间移动，并且可以经电线107电连接到控制器18受控制按要求在开放和关闭位置之间移动。
排放系统20含有排放皿120，如在图9中最清楚地所示。如图所示，该排放皿设在整个生物发酵器12、原料发放系统14和水发放系统16的下方，并且包绕它们下方的截面区域，以收集在重力作用下可能向下滴的任何液体或者其它材料。因此，排放皿覆盖要从之收集所述液滴的部件下方的适当的截面积。排放皿120具有直立的周边凸缘122以收集任何液滴或者分放的液体，并且以料斗或者漏斗的方向把它们引导到排放皿输出124，后者由图2中所示排放软管126连接到需要从系统10发放生物量的位置，例如连接到饭店中的排水管，在饭店中生物量可消化油阱中的油脂。在系统10的正常工作时，在罐10中培养的生物量周期性地从发酵罐中发送并且经过罐排放软管126，从罐输出软管60的输出62发送的这种液体置于排放皿120上方并且经排放软管输出62之间的气隙滴到排放皿120上，并且因此，发放至饭店排水管进行使用。排放软管输出62在排放皿120上方间隔开，从而提供对它的气隙并且防止污染从排放皿120进入材料的罐排放软管60。
图11示出积木式替换生物发酵器136，含有由封闭罩132密封的发酵罐24，带有马达28以及其连接到发酵罐24的叶轮36，并且在内部包括包装138和材料140。
图12中，罐24与以上参阅的相同并且承载有固定于其上的搅拌马达28。如图10所示封闭罩132用于以不透液体的方式关闭发酵罐的上开放端。罩132具有基本上与盖26相同的顶131和凸缘133，然而，经过盖提供的开口没有经封闭罩132提供。封闭罩132在其凸缘133中具有槽134以容纳输出管54。分开的内凸缘135从槽134内部的顶131向下伸，从而通过绕输出孔53接合罐的内表面密封地关闭罐24的输出孔53。从而，在施加封闭罩132时，密封地关闭了罐24。
在罐24内提供密封的包装138，其是由140标示出的松散粉末材料。更换的生物发酵器136承载要求放在罐24内部的生物量、材料和培养基，用于初始起动任何罐24。包装138可以由水溶性膜形成，从而在接触水时，膜溶解而放出包装中的内容物。包装可以含有一组希望与散放在罐24中的材料140保持分开的成分。因此，包装138可含有选自生物量的材料，譬如一种粉末或者其它现成的用于培养的细菌，不同生物量来源的混合物，譬如不同类型的细菌，或者初始原料或者其它可以是粉末、颗粒、膏糊或液体形式的培养基，可包括也可不包括生物量。
只要密封替换生物发酵器136并且没有必要保持成分分开，就不必要用分开的密封包装138提供不同的成分，例如，本身制造粉末的生物量只需要随着或有或无培养基的材料140放进密封的生物发酵器中。或者，如果两种或者多种成分希望在替换生物发酵器136中保持分开，或者如果替换生物发酵器不是密封的，该替换生物发酵器就可以有一或两个这样的包装138。包装可以在使用前手动地打开，也可以由水溶性薄膜形成。
现在从图1所示系统开始说明使用系统10的优选的方式，但是其中没有连接图5中所示的发酵罐24。如图11所示，替换生物发酵器136，设有在包装138中的细菌起子团和作为材料140的起子量培养基。拆卸了封闭罩。然后通过把盖26连接到罐24上、把罐排放管60连接到退出输出58、经其安装架50把罐24连接到后板58上和经承载在电线上的插头把电线41连接到马达28上而把罐24连接到系统10的其余部分上。接着启动控制器18，并且控制器通过适当地控制搅拌马达28的工作、风扇92的工作、原料分送单元的工作和罐水输入阀门82和排水阀门79的工作来控制生物发酵器的工作。控制器可以控制这些各种装置的工作方式、定时和持续时间。典型的操作涉及，在初始组装生物发酵器以后，经罐水输入端78向罐添加要求容量的水，然后等待一段时间，让包装138的水溶性薄膜溶解和来自包装的培养基140和材料溶解或者变潮，然后启动马达28。
在所要求的一段时间，在风扇92工作和搅拌马达28工作的同时，让细菌在罐24内培养和繁殖，如果希望，添加适当量的原料和/或水，然而，优选地，罐中的材料体积不会超过罐24的容量。在培养了足够的生物量后，可以通过把罐24内的液面提高到足以使罐24中的液体从罐24溢流进输出管54，因而沿罐排放管60向下进入排放皿120，并且经排放软管126，例如流到油阱，从罐中分送一定量的生物量。为了更好地保证排出的细菌能够抵达油阱，通过由控制器控制从水输入端74流出的水从排放管56冲刷排放物。由于知道油阱的位置，可以使用优选量的水冲刷向油阱排放的细菌。
通过经水输入端78加水和/或通过提高叶轮36的旋转速度增加罐内涡流的高度可以提高罐24中的液面引起溢流。可以控制经罐水输入端78提供的水量，从而辅助控制罐中的液体溢流罐的程度，并且从而控制分送到油罐的液体量。
从罐24中分送出部分含细菌的液体以后，余留在罐24中的含细菌的液体中的细菌由于添加必要的原料和/或水而培养，可能同时有一定的进一步溢流。
生物发酵器12可以在每个批次中周期地使用以培养生物量，并且分送部分这样的生物量。例如，使用该方法，可以例如每24小时或者24小时以下或者每七天左右，周期性地分送一定量的生物量。然而，在一段时间以后，希望随着生物发酵器内的生物量全体取出终止该批次，然后用清洁的罐和新的起始生物量和培养基开始新的批次。
在此方面，并且根据优选的操作方法，在一段时间以后，譬如每隔一周或两周或者四周或六周以后，停止操作系统并且拆卸现有的发酵罐24。提供新的替换生物发酵器。然而，可以彻底地清洁和替换现有的发酵罐24。用过的罐24中的含生物量的液体优选地下向排出到排放皿120中，并且可以手工地完成。提供新的生物量，例如新的起子量细菌和/或培养基。
罐排放管60可以重新使用，也可以作为替换生物发酵器的部分替换。由于每个优选的一次性替换生物发酵器都载有其自己的马达，不需要以前的马达，在需要时，以前的马达可以与原来使用的罐24一起丢弃。或者，不丢弃用过的罐24，而是彻底地清洁和重新使用用过的罐和/或其马达，例如优选地从新的替换生物发酵器在用过的罐24上放置封闭罩132，并且把用过的罐和其马达运送到可以用时间和劳动有效和安全的方式常规地进行清洁以重新使用或回收的地方。
在提供带有适当额度的起子细菌和/或培养基的替换生物发酵器130中，可以为任何特定的分送系统和/或位置定制起子细菌和/或培养基的性质、方式和量，和/或考虑诸如环境时间和温度或者控制时间和温度等因素对它们进行定制，所述因素是可预设的，或者可以是该年的时间条件和/或工作时间表，譬如饭店、工厂或者其它机构的活动、保养等等。
控制器18优选地是市场上公知的电子控制系统，并且可以有不同的处理单元和装置用于提供控制和对控制器的输入，从而可以管理和控制控制器以适当地操作各种系统。
优选地可以提供各种传感装置，例如检测排放皿120中的液面，从而如果液面高于一定的水平，就可以在例如指示泄露的过载的情况下关闭水输入阀门79和82。类似地可以提供液面传感器检测罐24中的液面和/或检测罐24内液体中生物量的浓度。任何这样的传感器都可以优选地安装在罐盖26上，且从该罐盖向下伸入罐24是，并且，从而不防碍连接及脱开罐24和盖26。
控制器用于控制搅拌马达28的工作，例如控制其开/关操作和/或控制其工作速度。控制器可控制风扇92的工作以控制其开/关操作和/或控制其工作速度。控制器可以控制电磁线包开放或者关闭输入阀门79和82，并且可以含有部分地或完全地开放这些阀门的机构。控制器可以控制原料分送单元88的工作，并且可以有各种复杂的控制布置，用于例如有关要分送的液体量控制分送泵工作持续时间，并且用于检测和了解剩余在储存容器94中的原料量。
尽管可以用传感器检测每个罐中的生物量量，然而优选地控制器可以存储相关时间、温度和添加的水的不同生物量培养特性的预先估计，从而控制器可以适当地计算培养、加水和分送的最适条件。
图1中所示的自动生物培养和分送系统10提供单个的发酵罐24。根据本发明的一个优选的实施形式，发酵罐24容积可以在约0.5至约5升的范围内，更优选地约1升，以便于操作，并且为了通过只设在罐24底部的搅拌马达28提供充分的搅拌。还有，约1升的容积的优点是搅拌马达28可以包含相对廉价的马达。优选的廉价的电动马达为功率在1.0至0.2瓦特范围的马达。例如一种优选的马达可以以MABUCHI的商品名购到，型号为RE-260、RA-18130，在3伏特直流电时有载电流约0.1安培，或在6伏特约0.05安培。使用这样小的马达有利于降低马达成本，使马达28例如与用过的罐24一起可以接受为一次性的，以使能耗最小。当然，可以考虑罐的性质以及装入罐内的材料量可以提供其它马达，不论是交流马达还是更强力的马达。
参见图12，该图示出对图4加以修改了的罐24下部的示意性截面图，在适于用搭扣配合固定到罐24下端的壳180中提供可拆卸、可复用的搅拌马达28。在罐24内提供有叶轮36，所述叶轮36连接在传动轴142上，所述传动轴142经罐24的底壁34伸入进一个密封的布置中。传动轴142做有花键。叶轮和其轴的整体优选地可以用可回收的塑料材料制造，并且可以形成随着每个罐24提供的一次性部件。
搅拌马达28有驱动轴32，所述驱动轴32具有做花健的插孔134，后者用于通过其轴向滑动连接到做有花键的传动轴132上。从而为了拆卸或者连接罐24，马达28经其壳180可拆卸地连接或者脱开罐24的底。
参见图13，该图示出在罐24内设有可拆卸的叶轮36的一种布置，在此，叶轮36由磁耦连的可拆卸驱动机构磁性耦连和转动。在此方面，罐24的下端设有圆柱形凹陷152容纳和轴支包括圆柱形传动磁体154的叶轮36于其中。搅拌马达28可拆卸地经其壳180连接于罐24的底部，从而马达28转动由电动马达的轴转动的环形驱动磁体156。以公知的方式，由于马达28造成的驱动磁体156的旋转引起传动磁体154旋转，并且从而引起叶轮36旋转。这种耦连马达可在市场上购到。当使用新的罐24时，于罐中放置其它材料以前，在罐中放置叶轮36，然后再在罐中放置生物量和其它材料，在这样的意义上可以重复使用可拆卸的马达。在使用任一罐后，叶轮可被回收和清洁用于新罐。或者，因为叶轮相对地廉价，每个发酵罐都可以设置磁性耦连的叶轮，因此可以可拆卸地固定在发酵罐的底上。
根据本发明的系统适用于没有常规电源的偏远处。作为水源，取代于从常规的压力供水提供水，可以在高于罐24的高度设置储水容器，既可以利用重力给水也可以经相对低功率水泵给水，例如原料分送单元中使用的那样的泵。为了在重力下分送受控制容积的水，可以设置预定容积的第一初级储存容器和第二初级储存容器。第二储存容器可以在重力下灌充，并且第二储存容器的全部受控制容积可以同时向下分送进罐24。电磁线圈可以控制流进和流出储存容器。各个部件的电源可以由电池供给，电池可以用太阳能电池板在偏远处充电。这样的偏远地区可以设有远程通信系统譬如无线电或卫星通信系统或者蜂窝电话系统，以中继有关工作、不工作等等的信号。
根据本发明，一次性替换生物发酵器的优选用途旨在减少周期性业务和重新起动任何特定单元所需要的劳动时间。
在用标准交流电源工作时，电源既可以是120伏特也可以是220伏特的，优选地逐渐降低成12伏特的直流电压。对于常规的安装，水源是标准自来水的压力水。
为了在任何批次中控制单元，在单元填充了初始起子量细菌、培养基和水以后，第一周期优选地是由控制器接通风扇和搅拌叶轮一个由控制器设定的初始第一时间组成。由于叶轮在罐中旋转造成的涡流和从风扇引入的新鲜空气，促进细菌的培养。在经过了该初始第一时间以后，控制器起动最初几个重复分送子周期，如下：
1.关闭风扇和搅拌马达28；
2.对水输入阀门82的电磁线圈通电，以向罐24加入由控制器设定的量的水(缺省值250毫升)；
3.重新起动风扇92和搅拌马达28。由于叶轮36的旋转在罐中形成的涡流作用引起罐24中一些液体经溢流输出56溢流和经罐排放软管60向下流。
4.过一段时间(缺省值五分钟)，关闭风扇92和马达28。
5.排放阀门79的电磁线圈通电，以分送水和直接从排放软管60冲刷细菌，经排放管与确定发放生物量至要求位置的量的水(缺省值3升)一起向下流。
6.由控制器给原料分送单元88通电以向发酵罐24中分送预定量(缺省值25毫升)的原料。
7.接通风扇92和搅拌马达28一段培养时间，在这段时间以后重复步骤1-7。
由于叶轮的旋转在罐中形成的涡流的程度，和涡流作用通过溢流可以辅助从罐中分送材料的程度，至少可以部分地通过设定叶轮的旋转速度控制。可以设置控制器以提高的速度旋转叶轮进行分送，反之以下降的速度只进行搅拌。
罐上的气隙开口72有助于阻止罐中的细菌培养基落入便携水源中，例如在连接到输入阀门的水源上形成真空的情况下。
设置罐24有与排放输入端74不同的罐水输入端78有助于分送细菌时向排放冲刷细菌，并且使之相对冲刷操作进行独立的罐灌充。
尽管根据本发明的系统所示为分送液体的原料分送单元88，本发明不限于此，并且可以按受控制的量向每个罐中分送非液体形式的原料。
在图1的优选实施形式中，发酵罐24易于拆卸和重新连接到系统的其余部分上。盖26承载多个在把新罐24连接至盖26上时不必须脱开的连接管线。从而，在该优选的布置中，仅通过把罐24单连接到盖26上，以及电气或者物理地把马达的电线连接到罐的底上，罐24就可以投入使用了。
尽管本发明示出可以通过相对轴向移动把罐24和盖26连接在一起的布置，应当理解，可以适合其它运动进行连接，例如对盖径向地滑动罐，这就是，例如如图1中所示水平地滑动，并且这种水平的运动还可以提供同时把罐上的马达连接电连接线或者脱开与电连接线的连接，或者把马达连接到罐上的机构。
在此优选的实施形式中，图示出风扇92安装在盖26上。这是优选的构形，因为据认为可以使用相对便宜的风扇提供空气。例如，风扇可以安装在与盖分开的板52上，并且设有诸如橡胶管之类的管线从风扇伸到盖26上的孔。以此方式，优选用单个风扇为多个罐提供空气。
通过溢流从罐24分送生物量据认为是较使用泵从罐分送优选的布置。通过向罐加水提高罐的液面提供溢流本身可以是分送部分培养的生物量的适当方式。同样，增加涡流是不使用泵分送液体的另一个手段，从而不论添水还是不添水都可以提高罐中的液面。
可以设置阀门布置开放或者关闭罐24中的孔以控制从罐24中分送液体。任何这样的阀门可以优选地不形成罐的一部分，从而罐可以继续地提供成独立的可拆卸元件。可以从罐上提供输出端，可以对所述的输出端方便地可拆卸地连接和脱开排放管，同时排放管具有含于其中的电磁线圈致动阀门，用于在需要时启动，让罐中的材料在启动了电磁线圈的条件下在重力作用下流进管排放管。
在此优选实施形式中，盖26基本上关闭所述罐。但是这不是必须的。例如，盖可以紧密地处在罐的上方，与之接合或者与其间的气隙接合。用盖26密封罐24的顶是优选的，以使喷洒和浅出等最小。布置盖26实质上不接合罐24，可以方便拆卸或者安装罐，以及任何连接到罐24上的或者可拆卸地与该罐接合的马达28。
图14和15示出一个示意性的布置，其中布置一个装有常平架的罐200，以能够绕轴222翻倾，当罐中的液面上升至液体填充罐200的上部204绕常平轴222不对称的点时，罐在所述轴222上枢转。在此方面，如图所示意，罐200具有弧形的顶部边缘，并且类似弯曲的盖在罐上向上间隔开。所述罐要通过从罐的每侧伸出的转向轴206绕水平的常平轴222枢转。当罐枢转时盖26保持在固定的位置。罐200在下部208是截头圆锥体，然而在上部204是不对称的，即罐在右向比左向外伸得多，如图所示。当液体在或大致低于用210标出的高度时，罐取竖直的取向如实线所示。当罐充以达到用212标出的液面的液体时，在上部的液体将引起罐绕轴222顺时针转动直到足够的材料从溢流端口56溢流时。例如，由于只有马达的电线把罐连接到总成的其余部分上，罐200将相对自由地转动到溢流位置，在该位置可以由一个止挡阻住罐200，然后在分送了一些液体后，转回相对稳定的非溢流的布置。可以把装常平轴的罐的结构做成在罐倾倒到溢流位置时将分送足够的材料，例如，把罐中的液面降低到基本低于210。这将允许添加补充的水和原料。
由于冲刷液体的方向集中地沿输出管向下，把装常平架的罐200的材料冲刷到排放管中可以不引起容器倾倒地完成。同样地，除了限位爪或者销可以受致动和取去之时，可以设置电磁线圈致动的限位爪或者销之类的机械止挡，把罐固定到直立竖直位置防止倾倒。
图1至6的盖26可以以发放岐管为特征，所述的发放岐管经快速连接和脱开布置可拆卸地连接到罐24上，所述的快速连接和脱开布置使得能够通过简单地对罐24连接或脱开岐管样盖26，对罐24连接和脱开水、空气和培养基发放系统。
在优选的实施形式中，马达28提供为电动马达。马达可以不用电开动。例如，如果可以得到压缩空气源，马达就可以是气动马达。
在优选的实施形式中，通过风扇92把空气发送进罐中。风扇92可以由一些其它的压缩空气源取代，例如由来自空气压缩机的加压空气取代，所述加压空气可例如通过向下穿过罐盖26的管子加以导向。或者，罐上可以设有布置在罐的侧壁上的空气喷射端口，用于把空气直接导入罐中的液体中。在罐的侧壁中可以有空气喷射端口的程度上，优选地是作为其壁结构的部分所述罐可以装有空气通道，所述的空气通道在罐的顶部开放用于连接到盖中的端口，从而在拆卸和施加盖24时，可以在盖和罐中的通道之间建立连接。
可以通过罐的侧壁喷射的空气可以以相对高的速度、基本上与罐的侧壁相切地喷射以辅助搅拌罐中的液体和在罐中造成液体的涡流。在用此方式可以注入大部分空气的程度上，把空气注入罐中可以包含搅拌机构，所述的搅拌机构可以使得在罐内不再需要叶轮。作为另一个例子，可以经罐的底中向上穿过罐的止回阀门把空气单纯地向内导入罐中，以搅拌罐中的液体和对罐中的液体供氧。只要可以方便地得到压缩空气源，就可以使用压缩空气，不论是驱动压缩空气马达还是驱动叶轮以及向罐内注入空气。
为了提供补充量的生物量，这是对任何特定应用都可能希望的，优选地在任何一个系统10中提供多个这样的罐24，这就是说，在任何时间段上可以生成的生物量的能力可以通过提供多个这样的罐提高，就是说在同一个系统中提供一个、两个、三个、四个或者更多个罐。这可以适用于，例如，通过具有单个控制器18驱动数个单独系统，其每个都含有一个生物发酵器12、一个原料发放系统14和一个水发放系统16。单个排放系统可以适用于从多个罐24发放溢流。
优选地，每个积木式罐24或200可以具有相同的尺寸和构形，然而，这不是必须的，并且，对于一定的用途，例如可以提供不同长度的罐，从而适应不同的容积，却具有相同的顶部构形，这会允许连接到标准的盖上。
在装两个或多个罐的系统中，取代于为每个罐提供独立的水发放系统和/或独立的原料发放系统，只要希望对每个罐供应相似量的水和/或原料，就可以只具有从单个原料分送系统和单个水发放系统分开通到每个罐24的管路。更加优选地，如果使用单个原料分送系统，可以在通向每个罐的管子中设置电磁线圈控制的阀门，用于开放和关闭，从而控制器可以精确控制对每个罐发放的原料的量。类似地，设置附加的电磁线圈控制水阀门，以分开地向每个罐水输入端78和排水输入端74供水。
只要在不同的罐中培养的生物量可能含有不同物种或种类的生物物质，譬如不同种的细菌，那么根据本发明有利地在多个不同的罐中提供不同的种或者不同种的混合物。例如取代于在单个罐24中有两种不同类型的细菌，可以优选地每个不同的类型都在其自己独立的罐中，从而提供至少两个发酵罐24。这种布置更好地保证随着时间推移其后在每个批次中一个种的细菌不对另一种生物的生长构成优势，从而在该批次生物量培养的阶段结束以后，所述生物量与初始时的两类细菌有不同的比例。而且，根据优选的系统操作，相关于输入诸如温度等等，控制器可以在时间上控制对任何特定的罐添加原料和/或水，从而调节和改变任何罐中的培养。只要两个不同的罐可以具有两个不同的生物量组成，控制器就可以还控制定时和加原料、水的量和从每个罐分送的相对容积，从而致力于把从不同罐分送出的生物量的量置于相互有预定的关系。
在要使用数个罐24并且要提供诸如130之类的替换生物发酵器包括不同的初始生物量和/或培养基时，如果设置一种系统保证正确的罐24连接到正确的盖26或该盖的部分上是有利的。视觉指示的标签，诸如在替换生物发酵器130上有相应的记号和在盖的适当部分上有相应的记号，可以有助于正确的对应。类似地，可以使用对应的颜色符号。另一个有利的方法是，替换生物发酵器130上不仅设有视觉记号，而是还设有机械的钥匙机构，不仅可以用在罐24上也可以用在要配合该罐的盖26上，从而使任何罐24的搭扣配合只能够组装到所要求的盖而非任何的盖26上。在此方面，例如，每个罐24可以在其上缘设有一系列径向延伸的棱去容纳形成在罩的凸缘66上的沟槽，同时在罐24上的棱只允许把该罐搭扣配合组装在具有对应槽的盖26上。例如，数个，例如十个这样的棱可以设在任何罐24上，而易卸的沟槽可以设在任何盖26上。通过选择性地去掉罐24上的易卸的棱和选择性地去掉覆盖在盖26中的槽上的易卸的接片，可以提供一种编码布置，这可以生理地防止把错误的罐24加在错误的盖26上，并且，特别是，如果该罐可以有工厂设定的特定生物量配额以保证在正确的罐中有正确的生物量。
图16示出修改的盖240，所述的盖140适用于可拆卸地容纳与图1至12中罐24相类似的三个积木式发酵罐24，但是每个都只有溢流输出而没有溢流管54。图16中所示的盖240提供一个公共的、三通溢流管54，连接每个罐和公共的排水输入端74。然而，盖140具有独立的罐水输入端78、原料端口84，并且为每个罐24提供独立的风扇安装座90。每个罐24设有其自己的搅拌马达。尽管图16示出带有用于连接三个积木式罐24的修改的盖240的布置，应当理解可以提供类似的布置以具有可以连接一个、两个、三个、四个或者更多这种相似类型的积木式罐。
使用多于一个罐24的一种根据本发明的布置具有能够按数种方式操作的选项。首先，如在图16中可见，三个罐有效地并列连接在一起，这可以适用于在其中同时培养多种细菌。优选地，同时进行单元维修，从而在维修时可以同时更换每个罐并且开始新的细菌培养。还优选在每个罐中同时培养细菌。例如通过对加入和/或培养基定时，对培养的实际定时可以是相同的，也可以是错开的。类似地，从罐分送含细菌的液体可以是同时的也可以是错开的。例如，如果每个罐能够每隔三天产生所要求额度的含细菌液体，然而却需要每天分送这种额度时，错开的分送可以是有利的。因此，从不同的罐分送可以错开，于是每个罐在不同日进行分送。取决于细菌的特性，有利的是优化细菌的生产让每个罐发酵三天后分送，而不是在每个罐中发酵细菌一天并且每天从每个罐中分送。
可以包括具有多于一个罐的系统，其中各罐串联连接，就是说将来自一个或者多个罐中的含细菌液体引导到一或多个其它罐中，在后者中可以存储或者进一步培养细菌然后分送到排放系统。以这样的布置，替代于布置在相同高度上的罐，优选地可以具有一或多个与其它的罐在不同高度上的罐。
根据本发明的优选的罐24优选地用塑料注模制造，并且因此而相对便宜。塑料可以选择为可回收的。
本发明的系统旨在自动生物培养，更加优选旨在培养细菌。然而要培养的生物量的性质不限于细菌，并且除了细菌以外可以培养各种其它的生物量成分。
培养的生物量的优选使用是用于分送满足所希望的使用，譬如从油阱去油脂。有各种各样的应用，譬如消化在油裂解器中的油、消化食品、纸浆和纸及化工厂废物、处理人类污物、化学元素等等。
尽管对照优选实施形式说明了本发明，但本发明不受其限制。本领域内普通技术人员可以设想其它的方面和优点。本发明的限定在权利要求书 N中给出。
Claims (24)
1.一种用于培养细菌的自动分批装置，其包含：
一种积木式生物发酵罐，具有顶、底、用于向发酵罐中进水的水输入、用于向发酵罐中进气的空气输入、用于向发酵罐中加入培养基的培养基输入，和用于从发酵罐中流出液体的发酵罐输出，
一种用于在发酵罐中搅拌液体的搅拌机构，
一种用于经空气输入向发酵罐中发放空气与罐中液体发生接触的空气发放系统，
一种用于经水输入向发酵罐内发放水的水发放系统，
一种用于经培养基输入向发酵罐内发放培养基的培养基发放系统，
发酵罐是可拆卸的，经快速连接和脱开布置可拆卸地连接到发酵罐的发放岐管，用于向发酵罐发放水、空气和培养基，
连接到水发放系统的岐管，用于接受水，并且在所述岐管与发酵罐连接时向发酵罐的水输入发放水，
连接到空气发放系统的岐管，用于接受空气，并且在所述岐管与发酵罐连接时向发酵罐的空气输入发放空气，
连接到培养基发放系统的岐管，用于接受培养基，并且在所述岐管与发酵罐连接时向发酵罐的培养基输入发放培养基，
其中通过把发酵罐连接到岐管，发酵罐成为可操作地与水发放系统、空气发放系统和培养基发放系统连接，
其中岐管含有可拆卸的发酵罐顶盖。
2.如权利要求1所述的装置，其中水输入、空气输入和培养基输入设在发酵罐顶上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于发酵罐的顶向上开放提供一个罐输入孔，所述的罐输入孔含有水输入、空气输入和培养基输入，所述岐管含有盖住所述输入孔的可拆卸的发酵罐顶盖。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于搅拌机构含有叶轮，用于在发酵罐中转动搅拌液体。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于搅拌机构还含有在发酵罐外的马达，所述马达连接所述叶轮用于转动所述叶轮。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于马达和叶轮连接到发酵罐，从而随罐一起拆卸和替换，马达电源通过快速连接和脱开布置可拆卸地连接至马达上。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于马达含有在发酵罐外部固定在罐底上的电动马达，所述马达通过以液体密封的关系经罐底伸到罐内叶轮的轴连接到叶轮上。
8.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于包括马达和叶轮的发酵罐是积木式一次性单元。
9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于多个所述积木式生物发酵罐设有不同的发酵罐以在每个批次中使用，
每个发酵罐在一个批次中使用前为运输和储存而在罐内部承载选自一或多个一批次起子细菌菌群、培养基和水的起子材料，
可拆卸地连接到发酵罐的封装，用于在一个批次中使用以前保留起子材料。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于在发酵罐中用分开的容器提供一或多个起子材料以保持起子材料限制或与其它起子材料分开。
11.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于包括并列地连接在一起的多个积木式生物发酵罐，用于同时培养其中的细菌，每个发酵罐基本上是相同的并且可以在每个批次之后用其它类似的积木式罐替换。
12.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于空气发放系统含有风扇用于经空气输入孔向罐内鼓入空气并与罐内液体发生接触。
13.如权利要求3所述的装置，其特征在于空气发放系统含有由顶盖承载的电动风扇，用于经盖上的空气孔通过罐输入孔向罐内鼓入空气并与罐内液体发生接触。
14.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于水发放系统含有水源，和可以在开放和关闭位置之间移动的水控制阀门，用于控制水流入发酵罐。
15.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于培养基是液体，并且培养基发放系统含有培养基储存容器、培养基泵，所述培养基泵可以受控制用于向罐分送受控制量的培养基。
16.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述发酵罐包括空气输出，用于从罐中放出向罐发放的过量空气。
17.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于发酵罐输出含有溢流输出，用于在罐中的液体高度高于溢流输出高度时在重力作用下从罐中流出液体。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于发酵罐包括收集器，用于收集从溢流输出流出的液体，并且发放收集到的液体以进行所希望的应用。
19.如权利要求1或2所述的装置，其中所述发酵罐具有从底部向上伸出的侧壁，
高度在底部之上的罐输出，
可绕轴转动的叶轮，用于排出冲击在叶轮上的液体，随着叶轮转速的增加，罐中的液体高度升高，从而导致罐中的液体流出。
20.如权利要求19所述的装置，
其中所述侧壁的横截面是圆形的，并且绕叶轮可转动的垂直放置的轴共轴安置，
其中叶轮转动时产生直立漩涡，所述漩涡径向向外将液体导向侧壁并沿侧壁向上。
21.一种用于培养细菌的自动分批方法，含有重复一个批周期，所述批周期包含步骤：
(i)引入一批次起子细菌菌群、水和培养基，并且在液体中把细菌从批次起子菌群在预定的期间培养成使用菌群，及其后
(ii)重复以下的子周期：
(a)分送出分送部分的细菌，以进行所希望的使用，同时保留其余部分细菌，和
(b)对发酵罐补充附加的水和/或培养基把其余部分中的细菌培养成使用菌群，
(iii)接着，在许多所述的子周期后，从批次中放出所有的细菌并且重复批周期步骤(i)至(iii)，
所述方法在根据权利要求1-20任一项的装置中进行，其中在每次批周期以后，并且作为下一个批周期的步骤，拆卸上次批周期中使用的发酵罐，并且在其位置连接下个周期的发酵罐，从而每个周期的一批次起子细菌菌群在没有上个批周期的细菌的罐中。
22.一种用于培养细菌的自动分批方法，含有重复一个批周期，所述批周期包含步骤：
(i)引入一批次起子菌群、水和培养基，并且在液体中把细菌从批次起子菌群在预定的期间培养成使用菌群，及其后
(ii)重复以下的子周期：
(a)分送出分送部分的细菌，以进行所希望的使用，同时保留其余部分细菌，和
(b)对发酵罐补充附加的水和/或培养基把其余部分中的细菌培养成使用菌群，
(iii)接着，在许多所述的子周期后，从批次中放出所有的细菌并且重复批周期步骤(i)至(iii)，
所述方法在根据权利要求19或20的装置中进行，其中在每次批周期以后，并且作为下一个批周期的步骤，拆卸上次批周期中使用的发酵罐，并且在其位置连接下个周期的发酵罐，从而每个周期的一批次起子细菌菌群在没有上个批周期的细菌的罐中，
其中在培养细菌的子周期步骤(b)中，通过在速度范围内转动叶轮搅拌液体，所述速度范围维持发酵罐中的液体低于发酵罐输出的高度，和
其中在子周期步骤(a)中，通过在速度范围内转动叶轮从发酵罐中分送液体，所述速度范围提升发酵罐中的液体高于发酵罐输出的高度。
23.一种用于培养细菌的自动分批方法，含有重复一个批周期，所述批周期包含步骤：
(i)引入一批次起子菌群、水和培养基，并且在液体中把细菌从批次起子菌群在预定的期间培养成使用菌群，及其后
(ii)重复以下的子周期：
(a)分送出分送部分的细菌，以进行所希望的使用，同时保留其余部分细菌，和
(b)对发酵罐补充附加的水和/或培养基把其余部分中的细菌培养成使用菌群，
(iii)接着，在许多所述的子周期后，从批次中放出所有的细菌并且重复批周期步骤(i)至(iii)，
所述方法在根据权利要求19或20的装置中进行，其中在每次批周期以后，并且作为下一个批周期的步骤，拆卸上次批周期中使用的发酵罐，并且在其位置连接下个周期的发酵罐，从而每个周期的一批次起子细菌菌群在没有上个批周期的细菌的罐中，包括转动叶轮以在子周期(b)过程中维持发酵罐中的驻波，以及从罐顶向下将空气鼓入罐中与直立漩涡的液体发生接触从而给液体提供空气氧。
24.根据权利要求22的方法，包括在子周期(b)过程中转动叶轮以维持罐中的驻波，以及从罐顶向下将空气鼓入罐中与直立漩涡的液体发生接触从而给液体提供空气氧。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |