CN108138107A - 包括根据液体培养基的高度建立上升循环容积与下降循环容积之间的流体连通的自动装置、采用气体循环搅拌的液体培养基的发酵器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体培养基的发酵器，其包括容器、在两个空间之间的分隔壁以及用于将气体注射到所述空间中的一个的下部中的装置。所述气体在所述空间内创建液体培养基和注射气体的混合物的上升气流且在另一个空间内创建下降气流。所述分隔壁配备有用于建立所述空间之间的流体连通的至少一个装置，以使得使流体连通配置在第一打开配置和第二关闭配置之间自动变化，在所述第一打开配置中流体可以从一个空间自动流动到第二空间，且在所述第二关闭配置中通过上文提及的装置全部地或部分地阻止液体流动。

Description

包括根据液体培养基的高度建立上升循环容积与下降循环容 积之间的流体连通的自动装置、采用气体循环搅拌的液体培 养基的发酵器

技术领域

本发明涉及包括通过气体循环来搅拌的搅拌装置的用于连续生产或不连续生产的液体培养基的发酵器，所述发酵器包括：

-适于容纳所述液体培养基的容器，

-位于所述容器内并且将第一容积和第二容积分离的分隔壁，

-用于将此气体注射到所述第一容积和所述第二容积中的一个的下部中的注射装置，以在此容积内创建所述液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环并且在未通过所述注射装置供应气体的容积内创建此混合物的下降循环。

背景技术

已知的是，发酵器是在其内进行液体培养基的发酵的设备。此装置也被称为生物反应器或培育器，此装置允许微生物(酵母、细菌、微观真菌、藻类、动物细胞和植物细胞)繁殖。它允许监控诸如温度、pH或气化等的培养条件，从而提供收集信息的高度可靠性。

常规地存在两类用于在发酵过程期间搅拌液体培养基的解决方案。

第一类用于搅拌液体培养基的解决方案(其是最常用的解决方案)使用加强液体培养基的循环的机动装置，例如利用一个或几个马达，特别是经由机械化搅拌器。

此解决方案具有能够在容器内液体培养基的多个液位下操作的优点。在液体培养基发泡或不受控制地蒸发的情况下，所述液体培养基仍然被搅拌，从而避免气体交换的中止或显著减小。但是此解决方案还具有复杂且昂贵的缺点。它需要使用与这些马达的轴相关联的机动系统和关闭装置，这意味着添加零件且需要人为干预。

第二类用于搅拌液体培养基的解决方案提供了通过使注射到液体培养基的下部中的气体循环来搅拌的搅拌装置的使用，此技术常规地在术语“气体提升”下是已知的。将描述的发明涉及落入此第二类的解决方案。

此解决方案具有不使用如先前所描述的机械系统的优点。但是此解决方案通常需要容器内的液体培养基的恒定液位操作。因此，发泡和蒸发现象是非常有问题的，这是因为在容器内的液体培养基的液位下降的情况下，存在不良下降循环的风险，且气化在发酵器的一大部分内不再有效。在发酵器的此部分内，搅拌和气体交换将急剧减小。微生物可能死亡和沉积。

常规地，“气体提升”技术发酵器包括：容纳液体培养基的容器和至少一个分隔壁(例如以内管构成的)，所述至少一个分隔壁位于所述容器内以在其两侧界定第一容积和第二容积。用于注射气体的注射装置被布置在这两个容积中的一个的下部中，以创建所述液体培养基和注射到此容积内的气体之间的混合物的上升循环，且在未通过所述注射设备供应气体的容积内创建所述混合物的下降循环。

无论所述内管的高度如何，一旦液体培养基在静态均衡中在位于排出区域下方的给定液位处，该系统就可能被去激活。

为了尽可能地限制在液体培养基的液位减小的情况下特别是在发泡或不受控制地蒸发的情况下发酵器内的循环去激活的风险，存在如下解决方案，其中内管包括开口和手动地控制的用于关闭这些开口的装置，就像文献US3236744A1中描述的解决方案。但是此解决方案依赖于人为因素且不是可靠的。也可以提供具有能够根据液体培养基的液位而变化的高度的内管，但是此解决方案将不容易实现。

发明内容

本发明旨在解决在上文列出的缺点的全部或部分。

在此上下文中，需要提供一种具有气体循环搅拌的液体培养基的发酵器，换句话说，所述发酵器对应于上文所提及的第二类解决方案，所述发酵器允许：

-是简单的、可靠的且成本有效的，

-避免外部污染的风险，特别是来自发酵器外部的轴线或致动器通路的关闭装置固有的外部污染的风险，

-确保搅拌和气体交换，而不管液体培养基的液位如何，

-避免发酵器功能紊乱和微生物沉积的风险，

-避免使用机动系统并且限制人为干预，

-减少使用打开/关闭装置和关闭装置。

这些目的可以通过根据所附权利要求所述的发酵器来实现。

特别地，为了解决上文列出的问题，提供了一种液体培养基的发酵器，所述发酵器包括通过气体循环搅拌的搅拌装置、包括适于容纳所述液体培养基的容器、位于所述容器内并且将第一容积和第二容积分离的分隔壁、用于将所述气体注射到所述第一容积和所述第二容积中的一个的下部中的注射装置，以在所述容积内创建所述液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环并且在未通过所述注射装置供应气体的容积内创建所述混合物的下降循环，所述分隔壁配备有用于建立所述第一容积和所述第二容积之间的流体连通的至少一个流体连通装置，所述至少一个流体连通装置被配置为自动在第一配置和第二配置之间切换：

-在所述第一配置中，所述流体连通装置允许所述容器内容纳的液体培养基和气体通过所述流体连通装置从一个容积到另一个容积的自由流体循环，在所述流体连通装置处，一旦发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值大于预定阈值，就采取所述第一配置。

-在所述第二配置中，所述流体连通装置阻止所述容器内容纳的液体培养基和气体的所述流体循环的全部或部分，在所述流体连通装置处，一旦发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值小于或等于所述预定阈值，就采取所述第二配置。

附图说明

使用通过非限制性实施例的方式给出且在附图中示出的本发明的具体实施方案的以下描述，将更好地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的发酵器的一个实施例的透明透视图，

图2是在图1的发酵器中使用的关闭元件和对应的连接机构的透视图，

图3是图2中示出的关闭元件和支撑臂的透视图，

图4A是图1的发酵器的局部透明透视视图，示出了多个连通装置，每个连通装置采取其第一配置，

图4B详细示出了图4A中标记为A的区域，以及

图5和图6以纵截面示意性地示出了根据本发明的发酵器，相应地在第二配置中和在第一配置中。

具体实施方式

参考在上文概要地呈现的附图，本发明本质上涉及确保连续生产或不连续生产的液体培养基的发酵器10。所述发酵器包括确保通过液体培养基中的气体循环来搅拌液体培养基的装置。所述液体培养基可以是无菌培养基或具有受监控的污染物的培养基。因此，发酵器10是对应于“气体提升”技术的类型。

发酵器10通常被配置为确保液体培养基的发酵。此设备(也被称为生物反应器或培育器)允许使微生物(酵母菌、细菌，微观真菌、藻类、动物细胞和植物细胞)繁殖。它允许监控诸如温度、pH值、气化或气体交换等培养条件，从而提供收集信息的高度可靠性。

通常，将在下文详细描述的发酵器10包括:

-适于容纳液体培养基的容器11，该容器具有任何形状，

-位于容器11内并且将容器11内部的第一容积V1和第二容积V2分离的分隔壁，

-上文提及的气体注射装置13，该气体注射装置13被配置为将气体注射到第一容积V1或第二容积V2的下部中，以在发生注射的此容积内创建液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环，且在另一个容积内(也就是说在未通过注射装置13供应气体的容积内)创建此混合物的下降循环。

该分隔壁具有标记为H的高度，该分隔壁可以具有任何性质、构造或形状。在所例示的实施例中，该分隔壁以位于容器11内的内管12形成，以使得内管12与容器11结合内部地界定第一容积V1并且外部地界定第二容积V2。换句话说，在此具体实施例中，第一容积V1对应于由内管12界定的内容积，而第二容积V2位于内容器12周围、在内管12和容器11的壁之间。

但不言而喻，单个内管12形式的分隔壁的此构造不是限制性的。特别地，例如可以在任何形状(例如矩形形状)的容器11中设置平行隔间或具有任何形状的部段的若干个同心管。

在所示出的变型中并且以非限制性方式，注射装置13将气体注射到第一容积V1的下部中，以使得液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环发生在第一容积V1内，也就是说在内管12内部，该内管在本文中具有圆形截面。此混合物的下降循环然后发生在第二容积V2内，也就是说在容器11的内壁和内管12的外壁之间的中间容积内，该中间容积具有环形截面。

然而，很有可能考虑相反配置，其中注射装置13将气体注射到第二容积V2的下部中，以使得液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环发生在包括在容器11和内管12之间的第二容积V2内。在此替代方案中，下降循环然后发生在内管12内部的第一容积V1内。

在这些图中，发酵器10的容器11包括用于向容器11且因此向发酵器10供应待发酵的液体培养基的入口14和用于在发酵之后从容器11且因此从发酵器10排出液体培养基的出口15。入口14和出口15可以配备有所涉及的技术领域中的已知的所有常规装置，例如允许调节经由入口14进入发酵器10和/或从出口15离开发酵器10的液体培养基的流动速率。一般来说，发酵器10可以配备有在发酵器技术领域中常规使用的所有装置，特别是允许确定此区域内液体培养基或混合物的物理特征(诸如例如温度、压力、流动速率、液位)的任何传感器或等同物、发泡检测元件等。发酵器10还包括用于向注射装置13供应气体的入口23和排水系统24。

该分隔壁配备有至少一个流体连通装置16，所述至少一个流体连通装置选择性地允许或不允许使第一容积V1和第二容积V2彼此流体连通。出于此目的，每个流体连通装置16特别地被配置为在第一配置(图6)和第二配置(图5)之间自动切换，而无需任何人为干预：

-在所述第一配置中，流体连通装置16允许容器11内容纳的液体培养基和气体通过所述流体连通装置16从一个容积到另一个容积的自由流体循环，以及

-在所述第二配置中，流体连通装置16阻止容器11内容纳的液体培养基和气体的此流体循环的全部或部分。

有利地，所述至少一个流体连通装置16以不需要手动干预的方式的自动的方式——自动地运行，这允许可靠且有效的循环且因此允许最佳搅拌。

在流体连通装置16处，一旦所述混合物的至少一个物理参数满足预定条件，就采取第一配置。在流体连通装置16处，一旦所述至少一个物理参数不满足上文提及的预定条件，就采取第二配置。

所述至少一个物理参数包括相应地在第一容积V1和第二容积V2内的混合物的压力值。在流体连通装置16处，一旦发生上升循环的容积内的压力与发生下降循环的容积内的压力之间的差值大于预定阈值，就采取第一配置。此情形可以在由于液位差值不再允许液体培养基从上升循环容积溢流到下降循环容积造成发生上升循环的容积内的液体培养基不再与发生下降循环的容积连通时发生。相反，在流体连通装置16处，一旦发生上升循环的容积内的压力与发生下降循环的容积内的压力之间的差值小于或等于上文提及的预定阈值，就采取第二配置。

很清楚，上升循环容积与下降循环容积之间的压力差可以完全由这两个容积内的液体培养基的液位差引起。例如，如果下降循环容积内的液体培养基的液位低于上升循环容积内的液体培养基的液位，则压力差相对于连续模式下发酵器10的正常状态逆转；实际上，上升循环容积内的液体培养基的压力变得大于下降循环容积内的液体培养基的压力。

超过该预定阈值就自动应用第一配置，该预定阈值可以等于0(在装置16处容积V1和V2之间的压力相等的情况下自动采用第二配置)或可以采用大于0的恒定值并且通过合适的机械构件(诸如弹簧等)固定。

仅为了理解原因，图1、图4A和图4B示出了在每个流体连通装置16采用其第一配置的假设情形下的发酵器10。在使用中，不言而喻，每个流体连通装置16在其未浸入液体培养基中时或当两个容积之间的压力差不足以超过阈值时采用其第二配置。

根据一个具体实施方案，发酵器10包括多个单独的流体连通装置16，流体连通装置16被布置在分隔壁的沿着其高度H交错排列的不同区域中。换句话说，流体连通装置16被布置在内管12的在其高度上交错排列的不同区域中。应指明的是，内管12被竖直定向以使得其高度对应于在容器11内液体培养基的液位变化所沿的方向。在图1、图2、图3、图4a和图4B中所例示的具体实施例中，发酵器10包括沿着内管12的高度交错排列的三个单独的流体连通装置16。在图5和图6中，发酵器10仅包括沿着内管12的高度交错排列的两个单独的流体连通装置：彼此独立地布置的上部流体连通装置16和下部流体连通装置16。不言而喻，流体连通装置16可以具有任何数目，取决于例如分隔壁的高度H、要求的准确度、液体培养基的性质等。流体连通装置16可以以规则间距或不规则间距分布在分隔壁的高度H的全部或部分之上。

在图6中，仅上部流体连通装置16采取其第一配置，同时下部流体连通装置16处于第二配置。

在图5中，上部流体连通装置16和下部流体连通装置16都处于它们的第二配置。

发酵器10允许解决现有技术的发酵器存在的问题。在图5中示出的发酵器10的正常操作情形下，每个流体连通装置16处于其第二配置。这是为什么在图5中上部流体连通装置16处于其第二配置并且下部流体连通装置16也处于其第二配置。因此，每个流体连通装置16在发酵器10的正常情形下通常关闭并且阻止从一个容积到另一个容积的循环，特别是当发酵器10内的液体培养基的液位N1保持大致上恒定(在每个装置的任一侧上容积V1、V2内的压力大体上相同)时。第一容积V1内的上升循环的方向由箭头F1指示。第二容积V2内的下降循环的方向由箭头F3表示。在发酵槽10的上部部分内，从分隔壁顶部开始，液体培养基从上升循环容积向下降循环容积的排出由箭头F2表示。在发酵器10的下部中，从分隔壁下方开始，液体培养基从下降循环容积传递到上升循环容积的返回由箭头F4示意性地示出。

然而，图6示出了发酵器10的一种情形，其中流体连通装置16中的一个自动地且自主地采取其第一配置。箭头F1、F3和F4总是被例示以示出，在这些区域中，液体培养基循环的方式与图5的方式相同。但是在图6中，箭头F2不存在，因为液体培养基在分隔壁上方从一个容积到另一个容积的排出不发生。相反，当发酵器10内的液体培养基的液位倾向于下降时，例如在发泡或不受控制的蒸发的情况下，上升循环容积内(在此在容积V1内)的压力倾向于相对于下降循环容积内(在此容积V2内)的压力增加。在图6中，与在图5的正常情形下初始采取的液位N1相比，发酵器10内的液体培养基的液位通常已经降低：上升循环容积内的液体培养基的液位被标注N2并且下降循环容积内的液体培养基的液位被标注N3，因此液位N2和N3位于液位N1以下，例如由于不受控制的蒸发或发泡另一方面，因为两个容积内的压力差，液位N3在液位N2以下。与容积V1和V2内的液位N2和N3之间的差相伴的容积V1和V2内的压力差可以增加，直到至少在分隔壁的高度H(其在此对应于内管12的高度)的一些区域内它变得大于与压力差相关联的预定阈值。在超过阈值的这些区域内，承受此压力差的流体连通装置16在此压力差的影响下自动临时采取第一配置。这是在图6中上部流体连通装置16自动采取其第一配置的原因。然而，图6示出了容积V1和V2内的压力差不足以超过预定阈值的特定情况：与上部流体连通装置16不同，下部流体连通装置16因此保持处于其第二配置。相同发酵器10的流体连通装置16是自主的并且彼此独立的，每个自动操作，除了流体连通装置16的任一侧上两个容积内的压力差的作用之外，无需任何外部作用。

在图6中，上部流体连通装置16到其第一配置的切换促进返回到两个容积V1、V2内的初始压力(当建立液位N1时)。到第一配置的这样的改变允许液体培养基和注射气体自由地循环通过因此打开的上部流体连通装置16，特别是在从发生上升循环的容积到发生下降循环的容积的方向(由箭头F5示意表示)上。液体培养基通过上部流体连通装置16的此临时的、自由的和自动的循环具有补偿和校正发酵器10内的液体培养基的液位下降的结果的效果。因此，发酵器内部的循环10不停止。这样允许避免发酵器10堵塞和避免丧失循环和气体交换的死区的风险，否则丧失循环和气体交换将导致发酵中止或甚至液体培养基条件的改变，很可能导致微生物死亡。然后，当液体培养基的液位增加并且在分隔壁的顶部处重新开始排出时，上升循环容积内的压力减小，而下降循环容积内的压力增大。上部流体连通装置16然后自动返回到其第二配置。在所例示的实施例中，在每个流体连通装置16的第一配置中，液体培养基倾向于从第一容积V1向第二容积V2循环。当允许液体培养基的液位在发酵器10内充分增加时，上升循环容积内的低压和下降循环容积内的超压再次生成，足以自动地导致相关的流体连通装置返回到第二配置。在不同高度处的几个流体连通装置16的布置具有自动地和自主地补偿液体培养基的高度变化的优点，尤其是在发泡和不受控制地蒸发的情形下，且具有限制发酵器10堵塞和发酵中止或微生物死亡的风险的优点(这允许在相同的物理化学条件下保存液体培养基)。因此，与现有技术的根据第一类的发酵器相比，除了设计上非常简单且非常成本有效之外，发酵器10因此非常可靠和安全。它具有不需要机动系统的优点，且克服了对从外部致动的打开和关闭装置的需要且因此避免对关闭装置的需要。它避免了对人为干预的需要并且避免了外部污染的风险。

具有此特征的发酵器10具有以下附加优点：能够随着容器11内部的液体培养基液位变化更好地操作，而无需提供内管12的低或可变高度或使用用于搅拌液体培养基的机动系统。这允许根据供应有气体的容积内的液体培养基的高度打开或关闭不同液位处的流体连通装置16。

优选地，每个流体连通装置16是自主的并且在从一个配置切换到另一个配置，而无需外部动作且不管发酵器10的任何其他流体连通装置16采用的配置如何。换句话说，位于不同高度处的流体连通装置16彼此独立，且在此具体实施方式中不连接在一起，也不从发酵器外部受控制。此特征决不防止考虑如下变型，其中单个流体连通装置16的位于相同高度处的关闭元件18(下文对其进行详细描述)同步运动，特别是通过由弹簧致动和/或通过连接在一起。

根据具有其大大简化并且具有高可靠性和良好效率的优点的一个实施方案，每个流体连通装置16包括多个开口17和包括多个关闭元件18，每个开口17穿过所述分隔壁的厚度，其中每个关闭元件18配备一个对应的开口17并且在打开位置和关闭位置之间切换：

-所述打开位置对应于流体连通装置16的第一配置，其中关闭元件18打开对应的开口17并且许可通过开口17第一容积V1和第二容积V2之间的流体连通，以允许容器11内容纳的液体培养基和气体通过开口17从一个容积到另一个容积自由循环，

-所述关闭位置对应于流体连通装置16的第二配置，其中关闭元件18至少部分地关闭对应的开口17并且阻止在所述容器11内容纳的液体培养基和气体通过开口17在第一容积V1和第二容积V2之间的流体连通的全部或部分。

在实践中，在所例示的实施例中，每个开口17是窗口30或穿过内管12的整个厚度的通风口，从该意义上说，此窗口既通向第一容积V1又通向第二容积V2。每个开口17的轮廓可以具有任何形状，例如如所示出的矩形。配备每个流体连通装置16的开口17可以具有任何数目，例如数目等于4，如图中所例示的实施方案中所示出的。对于给定的流体连通装置16，配备它的开口17被布置在内管12的相同的给定高度处并且以规则的间距或以不规则的间距围绕其延伸轴线成角度地分布。

参考图2和图3，对于每个关闭元件18，每个流体连通装置16可以包括一个对应的连接机构19，该连接机构19允许将关闭元件18在所述关闭位置和所述打开位置之间可移动地紧固在所述分隔壁上。在所附图1、图4A和图4B中，示出了所有流体连通装置16的打开位置。在图6中，示出了上部流体连通装置16的打开位置，且示出了下部流体连通装置16的关闭位置。在所有图中，连接机构19允许例如将关闭元件18紧固在内管12上。

每个连接机构19被配置为使得在发生上升循环的容积内的压力与发生下降循环的容积内的压力之间的压力差的作用下，当此压力差取大于上文已经提及的预定阈值的值时，关闭元件18被机械地自动地置于其打开位置。

每个连接机构19被配置为使得在发生上升循环的容积内的压力与发生下降循环的容积内的压力之间的差值的作用下，当此差值取小于或等于所述预定阈值的值时，关闭元件18被机械地自动地置于其关闭位置。

根据一个简单的、成本有效的、可靠的且有效率的实施方案，与每个关闭元件18相关联的连接机构19包括关闭元件18的、围绕位于对应的开口17上方的枢转轴线21相对于所述分隔壁铰接的铰接装置，通过使关闭元件18围绕此枢转轴线21倾斜从所述打开位置切换到所述关闭位置，反之亦然。在实践中，在所例示的实施例中，所述铰接装置允许关闭元件18相对于内管12铰接。

优选地，连接机构19使得枢转轴线21永久地布置在发生上升循环的容积内，而关闭元件18被永久地布置在发生下降循环容积内，不管其在其关闭位置与其打开位置之间的位置如何。

这就是为什么在发酵器10的具体例示实施例中，枢转轴线21被布置在发生液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环的第一容积V1内，而关闭元件18被永久地布置(换句话说不管其在其关闭位置和其打开位置之间的位置如何)在发生下降循环的容积内，该容积在此对应于第二容积V2。

此布置具有以下优点：通过非常有利地将连接机构19的重心定位在发生上升循环的容积(在此是第一容积V1)内，在正常操作条件下，增强在重力作用下每个关闭元件18朝向其关闭位置的自关闭。

此外，出于相同目的，与每个关闭元件18相关联的连接机构19可以包括支撑臂20，该支撑臂20具有围绕枢转轴线21铰接在铰接装置处的第一端201和连接到关闭元件18的第二端202。支撑臂20穿过所述分隔壁的厚度，具体地在所例示的实施例中穿过内管12的厚度，例如在位于将通过由此支撑臂20支撑的关闭元件18关闭的开口17上方的区域中。替代地，支撑臂20可以通过开口17穿过所述分隔壁的厚度。枢转轴线21可以固定到支撑臂20或可以不固定到支撑臂20。构成枢转轴线21的部分特别地可以与在第一端201处的支撑臂20的其余部分一体成型。

这些布置具有以下附加优点：即使在发生上升循环的容积的压力和发生下降循环的容积的压力之间的压力差小的情况下，仍允许切换到关闭元件18的打开位置。换句话说，朝向每个装置16的第二配置的灵敏度是高的，且它可以在上升循环容积和下降循环容积之间的小压差作用下被获得。

每个连接机构19包括例如固定U形夹22，枢转轴线21被铰接在该固定U形夹22上，该固定U形夹22在实践中构成上文提及的铰接装置。该固定U形夹22被紧固到所述分隔壁。尤其，固定U形夹22被连续地布置，换句话说不管关闭元件18在其关闭位置和其打开位置之间占据的位置如何，在发生上升循环的容积(该容积在所例示的实施例中对应于第一容积V1)内。内管12的内面和连接U形夹22之间的连接可以是嵌入类型的，例如通过胶合或焊接，但是可以考虑任何其他类型的机械连接，例如如果有必要则提供至少一个平移和/或旋转自动度的存在。

所述预定阈值可以通过支撑臂20的形状以及通过枢转轴线21在上升循环容积内的深度来确定，从而确定真空关闭力，因此确定允许打开关闭元件18的最小压力差。在预先确定打开/关闭阈值时也可以考虑关闭元件18的重量和/或支撑臂20的长度。

在上文已详细呈现了本发明的一般功能原理，申请人在下文呈现了对根据本发明的发酵器10的三个示例性实施方案的详细描述，所述发酵器10相应地具有3.75L、350L和840L的有用容积。

在有用容积为3.75L的发酵器10的实施例中，发生上升循环的第一容积V1的总高度等于476mm，而界定它的管的内直径等于60mm。外部界定发生下降循环的第二容积V2的管的内直径在就其而言等于100mm，而其高度等于576mm。提供了沿着发酵器10的高度彼此偏移的两个流体循环装置16，所述两个流体循环装置16相应地位于距第二容积V2的底部210mm和322mm处。这两个装置16中的每个包括位于相同高度处的至少两个开口17和两个对应的关闭元件18。更确切地说，每个开口17允许第一容积V1和第二容积V2之间的流体连通并且具有14mm×36mm的矩形轮廓。由1mm不锈钢制成的每个关闭元件18完全符合界定第一容积V1的管的外壁的形状。每个关闭元件的长度为45mm，而其高度为20mm。臂20的枢转轴线21相对于界定第一容积V1的管的壁以10.75mm的距离向第一容积V1的内侧偏移。臂20具有50mm的长度并且在其关闭位置(其中臂20垂直地定向)和其打开位置之间具有等于61°的最大角度枢转行程。因此避免了关闭元件18摩擦抵靠外部界定第二容积V2的内壁并且避免它卡在其上。

在有用容积为350L的发酵器10的实施例中，发生上升循环的第一容积V1的总高度等于3000mm，而界定它的管的内直径等于219mm。外部界定发生下降循环的第二容积V2的管的内直径就其本身而言等于400mm，而其高度等于4000mm。提供了沿着发酵器10的高度彼此偏移的三个流体循环装置16，所述三个流体循环装置16相应地位于距第二容积V2的底部521mm、1354mm和2180mm处。这三个装置16中的每个包括位于相同高度处的四个开口17和四个对应的关闭元件18。更确切地说，每个开口17允许第一容积V1和第二容积V2之间的流体连通并且具有123mm×68mm的矩形轮廓。由1mm不锈钢制成的每个关闭元件18完全符合界定第一容积V1的管的外壁的形状。每个关闭元件的长度为153mm，而高度为93mm。臂20的枢转轴线21相对于界定第一容积V1的管的壁以32mm的距离向第一容积V1的内侧偏移。臂20具有75mm的长度并且在其关闭位置(其中臂20垂直地定向)和其打开位置之间具有等于61°的最大角度枢转行程。因此避免了关闭元件18摩擦抵靠外部界定第二容积V2的内壁并且避免它卡在其上。

在有用容积为840L的发酵器10的实施例中，发生上升循环的第一容积V1的总高度等于3000mm，而界定它的管的内直径等于419mm。外部界定发生下降循环的第二容积V2的管的内直径就其本身而言等于600mm，而其高度等于4000mm。提供了沿着发酵器10的高度彼此偏移的四个流体循环装置16，所述四个流体循环装置16相应地位于距第二容积V2的底部321mm、996mm、1671mm和2346mm处。这四个装置16中的每个包括位于相同高度处的四个开口17和四个对应的关闭元件18。更确切地说，每个开口17允许第一容积V1与第二容积V2之间的流体连通并具有230mm×68mm的矩形轮廓。由1mm不锈钢制成的每个关闭元件18完全符合界定第一容积V1的管的外壁的形状。每个关闭元件的长度为284mm，高度为93mm。臂20的枢转轴线21相对于界定第一容积V1的管的壁以32mm的距离向第一容积V1的内侧偏移。臂20具有75mm的长度并且在其关闭位置(其中臂20垂直地定向)和其打开位置之间具有等于61°的最大角度枢转行程。因此避免了关闭元件18摩擦抵靠外部界定第二容积V2的管的内壁并且避免卡在其上。

根据未示出的另一个替代实施方案，与每个关闭元件18相关联的连接机构19一方面包括通过关闭元件18沿着大体上水平的平移方向相对于所述分隔壁平移的滑动装置，通过使关闭元件18沿着所述平移方向滑动来从所述打开位置切换到所述关闭位置，反之亦然，且另一方面包括使关闭元件18永久地朝向其关闭位置偏置的弹性返回构件且使得切换到所述打开位置通过抵抗所述弹性返回构件对关闭元件18的偏置机械作用而发生。在此替代变体中，在限定和表征每个预定阈值时考虑由所述弹性返回构件施加的偏置机械作用，超过所述预定阈值，流体连通装置16切换到其第一配置，且关闭元件18切换到其打开位置。

为了在保持发酵器10的简化和成本有效的同时提供良好的操作效率，关闭元件18可以包括支承面181，该支承面181用于在关闭元件18的关闭位置中支承抵靠所述分隔壁，换句话说在此抵靠内管12，且具有与接触此支承面181的分隔壁区域的形状互补的空间形状。这特别允许以较低的成本确保关闭位置的良好效率。

在发酵器10的所例示的实施例中，内管12的外面是大致圆柱形的且凸的、具有圆形截面，使得支承表面181在互补形状的圆柱形部分中是凹表面。

在前述内容中，然而，每个关闭元件18可以在形状以及结构或硬度方面具有任何性质。在所例示的实施例中，关闭元件18是刚性的并且具有简单的关闭翻板的形状，但这不是限制性的。

尽管先前针对发酵器10描述的实施方案具有许多优点并且是特别有效的，但是可以考虑用于所述至少一个流体连通装置16的设计的替代解决方案。构成内管12形状的分隔壁决不是限制性的。另外，例如可以提供不具有铰接装置的柔性翻板或部分地关闭开口的关闭元件。也可以提供机械化，例如使用气缸，且通过传感器进行检测。也可以将流体连通装置16的所有关闭元件形成在单个管内，所述单个管在内管12内部或外部旋转并且经由该第二管的旋转来暴露此装置16的开口17。一种替代解决方案在于，附接到内管12的内部或外部的管可在内管内沿着其高度根据液位滑动。

根据本发明的发酵器10的一个附加优点是可适用于现有的“空气提升”类型发酵器。

另一方面，先前描述的发酵器10具有不使用浮动元件的优点，否则所述浮动元件将部分地阻碍上升循环容积或下降循环容积，且从而垂直地干扰流体的循环：结果是保证发酵器10内的良好流体和均质循环。

最后，流体连通装置16的自动打开和自动关闭允许工作以便不管液体培养基的高度如何都使用液体培养基的最大循环高度：如果发酵器10内的液体培养基的液位下降，则导致上升循环容积和下降循环容积之间的压力差的逆转，正好位于液体培养基的液位下方的装置16允许流体的循环在所述两个容积之间继续。然而，位于较低液位处的装置16保持关闭。如果液体培养基的液位进一步下降到这个或这些打开装置以下，则仍位于下方的一个或那些将打开，而位于比刚打开的那些更低的高度处的那些将不打开依此类推。因此，为上升循环和下降循环维持最大高度，而不管发酵器10内的液体培养基的液位如何，因此更好地搅拌和优化气体交换。否则，如果液体培养基液位上升，则该过程以相同方式倒置工作。

Claims (15)

1.一种液体培养基的发酵器(10)，包括通过气体循环搅拌的搅拌装置、包括适于容纳所述液体培养基的容器(11)、位于所述容器(11)内并且将第一容积(V1)和第二容积(V2)分离的分隔壁、用于将所述气体注射到所述第一容积(V1)和所述第二容积(V2)中的一个的下部中的注射装置(13)，以在所述容积内创建所述液体培养基和注射气体之间的混合物的上升循环并且在未通过所述注射装置(13)供应气体的容积内创建所述混合物的下降循环，其特征在于，所述分隔壁配备有用于建立所述第一容积(V1)和所述第二容积(V2)之间的流体连通的至少一个流体连通装置(16)，所述至少一个流体连通装置(16)被配置为自动在第一配置和第二配置之间切换：

-在所述第一配置中，所述流体连通装置(16)允许所述容器(11)内容纳的液体培养基和气体通过所述流体连通装置(16)从一个容积到另一个容积的自由流体循环，在所述流体连通装置(16)处，一旦发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值大于预定阈值，就采取所述第一配置,

-在所述第二配置中，所述流体连通装置(16)阻止所述容器(11)内容纳的液体培养基和气体的所述流体循环的全部或部分，在所述流体连通装置(16)处，一旦发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值小于或等于所述预定阈值，就采取所述第二配置。

2.根据权利要求1所述的发酵器，其特征在于，所述发酵器包括多个单独的流体连通装置(16)，所述多个单独的流体连通装置(16)被布置在所述分隔壁的沿着该分隔壁的高度(H)交错排列的不同区域中。

3.根据权利要求2所述的发酵器(10)，其特征在于，每个流体连通装置(16)是自主的，且在没有外部作用的情况下从一个配置切换到另一个配置，且不管所述发酵器(10)的其他流体连通装置(16)采用的配置如何。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，每个流体连通装置(16)包括穿过所述分隔壁的厚度的多个开口(17)和多个关闭元件(18)，其中每个关闭元件(18)配备一个对应的开口(17)并且在打开位置和关闭位置之间切换：

-所述打开位置对应于所述流体连通装置(16)的第一配置，其中所述关闭元件(18)打开对应的开口(17)并且许可通过所述开口(17)在所述第一容积(V1)和所述第二容积(V2)之间的流体连通以允许所述容器(11)内容纳的液体培养基和气体通过所述开口(17)从一个容积自由循环到另一个容积，

-所述关闭位置对应于所述流体连通装置(16)的第二配置，其中所述关闭元件(18)至少部分地关闭对应的开口(17)并且阻止在所述容器(11)内容纳的液体培养基和气体通过所述开口(17)在所述第一容积(V1)和所述第二容积(V2)之间的流体连通的全部或部分。

5.根据权利要求4所述的发酵器(10)，其特征在于，对于每个关闭元件(18)，每个流体连通装置(16)包括对应的连接机构(19)，所述连接机构(19)允许将所述关闭元件(18)在所述关闭位置和所述打开位置之间可移动地紧固在所述分隔壁上。

6.根据权利要求5所述的发酵器(10)，其特征在于，每个连接机构(19)被配置为使得所述关闭元件(18)在发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值的作用下，当此差值取大于所述预定阈值的值时，所述关闭元件(18)被机械地自动地置于其打开位置。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，每个连接机构(19)被配置为使得在发生上升循环的容积内的所述混合物的压力与发生下降循环的容积内的所述混合物的压力之间的差值的作用下，当此差值取小于或等于所述预定阈值的值时，所述关闭元件(18)被机械地自动地置于其关闭位置。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，与每个关闭元件(18)相关联的所述连接机构(19)包括所述关闭元件(18)围绕位于对应的开口(17)上方的枢转轴线(21)相对于所述分隔壁铰接的铰接装置(22)，通过使所述关闭元件(18)围绕所述枢转轴线(21)倾斜从所述打开位置切换到所述关闭位置，反之亦然。

9.根据权利要求8所述的发酵器(10)，其特征在于，所述连接机构(19)使得所述枢转轴线(21)被布置在发生上升循环的容积内，且所述关闭元件(18)被布置在发生下降循环的容积内。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，与每个关闭元件(18)相关联的所述连接机构(19)包括支撑臂(20)，所述支撑臂(20)具有围绕所述枢转轴线(21)铰接在所述铰接装置(22)处的第一端(201)和连接到所述关闭元件(18)的第二端部(202)，所述支撑臂(20)穿过所述分隔壁的厚度。

11.根据权利要求8至10内任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，所述连接机构(19)的重心位于发生上升循环的容积(V1)内。

12.根据权利要求5至7中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，与每个关闭元件(18)相关联的所述连接机构(19)一方面包括通过所述关闭元件(18)沿着大体上水平的平移方向相对于所述分隔壁平移的滑动装置，通过使所述关闭元件沿着所述平移方向滑动来从所述打开位置切换到所述关闭位置，反之亦然，且另一方面包括使所述关闭元件(18)永久地朝向其关闭位置偏置的弹性返回构件且使得切换到所述打开位置通过抵抗所述弹性返回构件对所述关闭元件(18)的偏置机械作用而发生。

13.根据权利要求4至12中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，所述关闭元件(18)包括支承面(181)，所述支承面(181)用于在所述关闭元件(18)的关闭位置中支承抵靠所述分隔壁并且具有与接触所述支承面(181)的分隔壁区域的形状互补的空间形状。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，所述分隔壁以位于所述容器(11)内的内管(12)形成，使得所述内管(12)与所述容器(11)结合内部地界定所述第一容积并且外部地界定所述第二容积(V2)。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的发酵器(10)，其特征在于，所述至少一个流体连通装置(16)以不需要手动干预的方式自动进行。