CN104528117B - 一种储罐无菌呼吸系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种储罐无菌呼吸系统。目的是提供的储罐无菌呼吸系统应可自动适应储罐内的压力变化、避免物料污染以及操作维护简单的特点。技术方案是：一种储罐无菌呼吸系统，其特征在于该系统包括通过进气管道与储罐呼吸口连通的正压出气器和负压进气器、通过管道与负压进气器相通的无菌气源、测定进气管道内压力的压力传感器以及根据压力传感器信号控制无菌气源开启的开关。

Description

一种储罐无菌呼吸系统

技术领域

本发明涉及日用化学品领域，具体为储罐的无菌呼吸系统。

背景技术

储罐作为一种储存物料的容器，在日常使用中经常会有物料进出，或者储罐内的物料在储存过程中不断挥发，这些都会导致储罐内部的压力发生变化。当压力变化超过一定值时，储罐内外的压差作用会导致储罐发生变形。在某些工业领域，如日用化学品行业，储罐内部还要满足一定的无菌条件。为了使储罐发生物料进出或挥发时，储罐内部能够保持压力平衡，并且满足无菌条件，现在通常的做法是在储罐上安装一个呼吸器，呼吸器内部装有微米级过滤器。然而这种方式只适用于储罐内压力变化较小的情况，对于一些大型储罐，当物料进出较快，内部压力骤然变化时，由于过滤器的阻隔作用，储罐内部压力无法及时恢复，仍然有可能导致储罐发生变形。

为了防止储罐发生变形，专利CN201873079U提出一种应用于日化生产设备上的无菌呼吸阀，其利用一重质钢球来控制储罐内部压力以实现储罐的无菌呼吸；专利CN103791232A提出一种无菌呼吸器，则利用弹簧来控制储罐内部压力。然而这些方法均较易产生磨损，且磨损不能直观预见，一旦磨损就会导致污染的产生，造成不必要的损失。

发明内容

本发明的目的克服上述背景中的不足，提供一种储罐无菌呼吸系统，该储罐无菌呼吸系统应可自动适应储罐内的压力变化、避免物料污染以及操作维护简单的特点。

本发明的技术方案是：

一种储罐无菌呼吸系统，其特征在于该系统包括通过进气管道与储罐呼吸口连通的正压出气器和负压进气器、通过管道与负压进气器相通的无菌气源、测定进气管道内压力的压力传感器以及根据压力传感器信号控制无菌气源开启的开关；

所述正压出气器包括一直立且灌装有液封液体的正压出气器罐体、由罐体上部竖直插入罐体内且底端伸入液封液面以下的正压出气器呼吸管、配置在罐体顶部以用于直接放空的排气口；所述正压出气器呼吸管上部通过进气管道与储罐呼吸口相通；

所述负压进气器包括一直立密闭且灌装有液封液体的负压进气器罐体、由罐体上部插入罐体内且底端伸入液封液面以下的负压进气器呼吸管、配置在罐体顶部且通过管道与无菌气源相通的进气口；所述呼吸管上部通过进气管道与储罐呼吸口相通；

所述当储罐内压力等于大气压时，正压出气器与负压进气器需符合下式：

$\frac{{S_2}^{\&prime;}}{{S_1}^{\&prime;}}\&times;\frac{S_1}{S_2}<\frac{h_1}{h_2}<\frac{{S_2}^{\&prime;}}{{S_1}^{\&prime;}}\&times;\frac{{S_1}^{\&prime;}-S_1}{{S_2}^{\&prime;}-S_2}---\left(1\right)$

式中：S₁’为正压出气器罐体横截面积，S₁为正压出气器呼吸管横截面积，h₁为正压出气器呼吸管浸入液封液面深度，S₂’为负压进气器罐体横截面积，S₂为负压进气器呼吸管横截面积，h₂为负压进气器呼吸管浸入液封液面深度。

所述正压出气器的中部、负压进气器的中部分别设置有观察液面的视镜。

所述正压出气器的底部、负压进气器的底部分别设置有排液口。

所述正压出气器以及负压进气器内液封液体为常规消毒液体，可为双氧水、次氯酸钠溶液；

所述正压出气器以及负压进气器的加液口、排液口由阀门或盲板密闭；当需更换或补充液封液时打开使用。

所述无菌气源为储存无菌气体的储气罐。

本发明的工作原理是：本发明利用压力传感器检测呼吸器与储罐连通的进气管道内空气压力的变化(即储罐内压力变化)自动控制无菌气源的运行；当储罐内处于负压，并且进气管道内真空度又达到恰好突破负压进气器的液封时，压力传感器通过启动开关自动控制无菌气源开启，从而对储罐输出无菌气体；而当罐内气体压力增大至一定程度，空气由正压出气器的排气口自动排出，使储罐内压力稳定维持。

与现有技术相比，本发明采用液封液体的液位差来自动适应储罐内的压力变化，避免了采用机械式密封等导致的难以简单预见的磨损可能导致的物料污染，只需要定期更换液封液体，操作维护简单，适于用于需要在无菌条件下储存的化工原料或产品储罐。

附图说明

图1为储罐无菌呼吸系统的结构示意图，其中：1为无菌气源，2为负压进气器，3为正压出气器，4为储罐，5为出气口，6为压力传感器。

图2为负压进气器的结构示意图，其中2-1为负压进气器呼吸管，2-2为视镜，2-3为加液口，2-4为排液口，2-5为负压进气器罐体，2-6为进气口，2-7为液封液。

图3为正压出气器的结构示意图，其中3-1为正压出气器呼吸管，3-2为视镜，3-3为加液口，3-4为排液口，3-5为正压出气器罐体，3-6为排气口，3-7为液封液。

图4为储罐呼气时正压出气器与负压进气器的工作状态示意图。

图5为储罐吸气时正压出气器与负压进气器的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的储罐呼吸系统及其工作方式。

如图1所示，本发明所述储罐呼吸系统主要由无菌气源1、负压进气器2、正压出气器3、储罐4、出气口5及压力传感器6构成；无菌气源通常为装有开关(如电磁阀)的无菌气罐。负压进气器2的负压进气器呼吸管2-1、正压出气器3的正压出气器呼吸管3-1通过管道并联(或单独)接入储罐4的呼吸口，负压进气器2的进气口2-6通过管道与无菌气源相通，正压出气器3的排气口3-6通过管道连通的出气口5与外界相通以直接向下排空。压力传感器6通过测定储罐内气压，(通过启闭无菌气罐的开关)控制无菌气源的开启。

当储罐进料或者储罐内的物料挥发时，罐内气体压力增大，气体从储罐呼吸口通过管道分别进入正压出气器、负压进气器的呼吸管，呼吸管内液封液面下降。当储罐内的气体压力增大至一定程度，由于正压出气器、负压进气器的罐体截面积、呼吸管截面积及呼吸管浸入液面深度的关系(见公式1)，正压出气器的呼吸管破空，空气由正压出气器的排气口排出，使储罐内压力稳定维持；但同样由于上述罐体截面积、呼吸管截面积及呼吸管浸入液面深度的关系，负压进气器呼吸管依旧能维持一定液位不能破空，不会对无菌气源造成影响。因此，当储罐内气体压力增大时，气体只能通过正压出气器排出，其工作状况如图4所示。

当储罐出料时，罐内气体压力减小，出现负压，此时正压出气器、负压进气器各自的呼吸管内的液面分别上升，罐体内的液面分别下降。由于正压出气器、负压进气器的罐体截面积、呼吸管截面积及呼吸管浸入液面深度的关系(见公式1)，在进气管道内真空度增大至恰好突破负压进气器的液封时，压力传感器自动控制无菌气源的开启，使无菌空气依次通过负压进气器的进气口、负压进气器呼吸管进入储罐，使罐内气体压力不再减小；而在该真空度下，由于各自横截面及浸入液封液面深度的关系，正压出气器仍然存在一定高度的液封，使储罐内空气能与外界隔绝保持无菌。其工作状况如图5所示。

本发明通过设计正压出气器、负压进气器的罐体横截面积、呼吸管横截面积及呼吸管浸入液面深度的关系(正压出气器的呼吸管横截面积与罐体横截面积的之比，小于负压进气器的呼吸管横截面积与罐体横截面积的之比；而正压出气器呼吸管浸入液面深度，则小于负压进气器呼吸管浸入液面深度)，实现了储罐只能通过正压出气器完成呼气、通过负压进气器完成吸气，使储罐无菌呼吸得以顺利进行。

实施例1

设计正压出气器罐体内径500mm，呼吸管内径150mm，呼吸管深入液封(液封液体为次氯酸钠溶液)液面以下75mm。设计负压进气器罐体内径250mm，呼吸管内径200mm，伸入液封液面以下200mm。

当储罐内的气体压力增大至0.6kPa(表压)时，气体能够突破正压出气器呼吸管内的液封，从正压出气器经排空管排出。此时储罐内气体压力不再增大，维持在0.6kPa(表压)，即正压出气器呼吸管与罐体之间的液差维持在82mm；此时负压进气器存在约175mm的液封。因此储罐只能通过正压出气器完成呼气。

当储罐内的气体压力减小，即真空度增大至2.8kPa时，外界空气能够突破负压进气器罐体内的液封，从呼吸管经进气管道进入储罐。因此，设定储罐内真空度达到2.8kPa时，压力传感器自动控制无菌气源的开启，使得通过负压进气器呼吸管进入储罐的气体属于无菌气体。此时储罐内气体压力不再减小，维持在真空度2.8kPa，即负压进气器呼吸管与罐体之间的液差维持在313mm，此时正压出气器仍然存在约50mm的液封。因此储罐只能通过负压进气器获得无菌气体。

Claims (6)

1.一种储罐无菌呼吸系统，其特征在于该系统包括通过进气管道与储罐呼吸口连通的正压出气器(3)和负压进气器(2)、通过管道与负压进气器相通的无菌气源(1)、测定储罐内压力的压力传感器(6)以及根据压力传感器信号控制无菌气源开启的开关；

所述正压出气器包括一直立且灌装有液封液体的正压出气器罐体(3-5)、由罐体上部竖直插入罐体内且底端伸入液封液面以下的正压出气器呼吸管(3-1)、配置在罐体顶部以用于直接放空的排气口(3-6)；所述正压出气器呼吸管上部通过进气管道与储罐呼吸口相通；

所述负压进气器包括一直立密闭且灌装有液封液体的负压进气器罐体(2-5)、由罐体上部插入罐体内且底端伸入液封液面以下的负压进气器呼吸管(2-1)、配置在罐体顶部且通过管道与无菌气源相通的进气口(2-6)；所述负压进气器呼吸管上部通过进气管道与储罐呼吸口相通；

当储罐内压力等于大气压时，正压出气器与负压进气器需符合下面关系：

其中S₁’为正压出气器罐体横截面积，S₁为正压出气器呼吸管横截面积，h₁为正压出气器呼吸管浸入液封液面深度，S₂’为负压进气器罐体横截面积，S₂为负压进气器呼吸管横截面积，h₂为负压进气器呼吸管浸入液封液面深度。

2.根据权利要求1所述的储罐无菌呼吸系统，其特征在于：所述正压出气器的中部、负压进气器的中部分别设置有观察液面的视镜。

3.根据权利要求2所述的储罐无菌呼吸系统，其特征在于：所述正压出气器的底部、负压进气器的底部分别设置有排液口。

4.根据权利要求3所述的储罐无菌呼吸系统，其特征在于：所述正压出气 器以及负压进气器内液封液体为双氧水或次氯酸钠溶液。

5.根据权利要求4所述的储罐无菌呼吸系统，其特征在于：所述正压出气器以及负压进气器的加液口、排液口由阀门或盲板密闭。

6.根据权利要求5所述的储罐无菌呼吸系统，其特征在于：所述无菌气源为储存无菌气体的储气罐。