CN108753566B - 用于气体过滤系统的加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于气体过滤系统的加热装置，包括用于包围气体过滤系统的全封闭的壳体、设于壳体内的加热片及用于调整壳体高度并设于壳体下端的支架；壳体的上端和下端设有用于气体过滤系统的管路穿过的通孔，壳体包括相抵接且可拆分的左壳体部和右壳体部；支架通过旋转机构与壳体连接；加热片通过电源线与外部电源电连接。本发明的有益效果是：减小了气体过滤系统内外气体温度的差值，使气体无法在整个气体过滤系统内出现凝结现象，不但保证了气体中的水汽顺畅排出，而且又防止了低温低速气体在气体过滤系统内产生冷凝水的现象，保证了气体过滤器正常的使用功能。

Description

用于气体过滤系统的加热装置
技术领域
本发明涉及一种加热装置，具体地指一种用于气体过滤系统的加热装置。
背景技术
一次性柔性培养袋越来越多地被使用到生物反应器上，在培养袋出气口位置会放置气体过滤器来防止外界环境对袋内造成污染，同时，袋内具有一定温度和水分的气体经气体过滤器输出袋外。一次性生物反应器工作环境温度一般低于30℃，在GMP车间使用条件下，环境温度范围为18～26℃，出于成本方面的考虑，一次性生物反应器也可以在普通无空调条件的实验室内使用，这样环境温度范围就变大了，一般为5～30℃，这就对培养袋出气口位置的气体过滤器提出更高的要求，需要确保气体在气体过滤器内顺畅输出，无水汽凝结现象。输入和输出培养袋内的气体流速范围一般在50～1000ml/min，流速较高时不但较快地带走培养袋热量、增大培养袋内温度降低幅度，而且也会带来不必要的气体浪费，实际工作中一般采用较低流速。在工作环境温度低于“露点温度”以下，气体流速较慢时，气体中的水汽会在气体过滤器内部较长时间的滞留，并最终凝结为水滴，堵塞滤孔，影响气体过滤器的使用效率，为了改善这一状况，会在气体过滤器的外部增加加热装置，使水汽温度与工作环境温度保持较小差值，以此来防止水汽在气体过滤器内部出现冷凝水。
依照结构形式区分，气体过滤器的加热装置可分为开放式和封闭式，如图1所示的开放式加热方式是直接采用加热元器件对气体过滤器进行加热，是最为简洁的结构方式，但热损失较大、效率较低；封闭式加热方式是在加热元器件外部增加壳体进行密封，可以有效提高热效率。但现有封闭式加热装置为半封闭式加热(如图2所示)，如专利号为：CN105579111的中国发明专利，其公开的是一种过滤器加热器，该加热器的加热方式的不足在于其是针对气体过滤器的加热，而不是整个过滤系统。因此在低温低速工作环境下，气体过滤器外部的气管内也会出现冷凝水现象，冷凝水会倒流至气体过滤器内，使气体过滤器内气孔堵塞，降低了气体过滤器的使用效率。另外，这种加热方式在结构形式上也存在不足，高度无法实现调节，不能满足不同体积培养袋的需求，且采用了弹簧等复杂机构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有气体过滤器采用开放式和半封闭式结构造成的热损大，效率低的问题，提供一种新的用于气体过滤系统的加热装置，它具有全封闭式加热的特点。
为实现上述目的，本发明所设计的用于气体过滤系统的加热装置，包括用于包裹所述气体过滤系统的壳体、设于所述壳体内的加热片及设于壳体上用于调整其高度的支架；所述壳体的上端和下端设有容所述气体过滤系统的管路穿过的通孔，当气体过滤系统置于壳体内时，壳体呈全封闭状态；所述壳体包括相抵接且可拆分的左壳体部和右壳体部；所述支架通过旋转机构与所述壳体连接；所述加热片通过电源线与外部电源电连接。
进一步地，所述支架和旋转机构各有两个，其中一个支架通过一个旋转机构与所述左壳体部连接，另一个支架通过另一个旋转机构与所述右壳体部连接。
再进一步地，所述气体过滤系统包括气体过滤器、设于所述气体过滤器一端的进气管、设于所述气体过滤器另一端的出气管及设于所述出气管上的气体截止阀。
优选地，所述加热片至少有两个，设于对应所述气体过滤器位置的壳体内壁。
进一步，所述旋转机构包括两个转轴和两个旋钮；所述转轴上设有外螺纹，且转轴一端与所述壳体固定，转轴另一端设于所述壳体外部且通过外螺纹与所述旋钮螺纹配合；所述支架上端套设或钩设在转轴上并与转轴活动连接。
优选为，所述转轴上还套设有垫圈。通过垫圈的作用，可使得旋钮将支架固定更紧固。
进一步，所述左壳体部和所述右壳体部的抵接面设有相互扣合的卡扣件。通过卡扣件的作用，使左壳体部和右壳体部可快速拆分和拼接合并，使用更便利，且结构简单，成本低。
进一步优选，所述加热片为硅胶电热丝加热片。
优选地，所述支架为可弯曲金属支架，其外壁包设有塑料层或橡胶层。
可选地，所述壳体侧壁设有用于电源线穿过的电线开口。
本发明的有益效果是：通过采用将气体过滤系统全封闭的结构形式，即壳体不仅包住气体过滤器，而且还包住进气管、出气管及气体截止阀，减小了气体过滤系统内外气体温度的差值，使气体无法在整个气体过滤系统内出现凝结现象，不但保证了气体中的水汽顺畅排出，而且又防止了低温低速气体在气体过滤系统内产生冷凝水的现象，保证了气体过滤器正常的使用功能，也拓宽了一次性生物反应器的使用环境；通过旋转机构的作用，使支架的底部与一次性柔性培养袋表面紧密接触并可调节支架高度，满足了不同体积培养袋的需求。
附图说明
图1为现有技术中开放式加热装置使用时的结构示意图。
图2为现有技术中半封闭式加热装置使用时的结构示意图。
图3为本发明用于气体过滤系统的加热装置使用时的结构示意图。
图4为图3中壳体分开后的放大结构示意图。
图5为图3中去掉培养袋后的放大结构示意图。
图6为图5中左壳体部的结构示意图。
图7为图5中右壳体部的结构示意图。
图8为图4中去掉加热装置后的结构示意图。
图中，1.壳体；1.1.左壳体部；1.2.右壳体部；2.加热片；3.气体过滤系统；3.1.气体过滤器；3.2.进气管；3.3.出气管；3.4.气体截止阀；3.5.夹片；4.支架；5.旋转机构；5.1.转轴；5.2.旋钮；6.电源线；7.环部；8.培养袋；9.卡扣件；10.通孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图3～7所示的用于气体过滤系统的加热装置，包括用于包裹气体过滤系统3的壳体1、设于壳体1内的加热片2及设于壳体1上用于调整其高度的支架4；壳体1的上端和下端设有容气体过滤系统3的管路穿过的通孔10，当气体过滤系统3置于壳体1内时，壳体1呈全封闭状态；壳体1包括相抵接且可拆分的左壳体部1.1和右壳体部1.2；支架4通过旋转机构5与壳体1连接；加热片2通过电源线6与外部电源(图未示)电连接。如图8所示的气体过滤系统3包括气体过滤器3.1、设于气体过滤器3.1一端的进气管3.2、设于气体过滤器3.1另一端的出气管3.3及设于出气管3.3上的气体截止阀3.4。当然，气体过滤系统3还可以包括用于夹紧进气管3.2的硬质塑料夹片3.5。
支架4和旋转机构5各有两个，其中一个支架4通过一个旋转机构5与左壳体部1.1连接，另一个支架4通过另一个旋转机构5与右壳体部1.2连接。一个旋转机构5包括两个转轴5.1和两个旋钮5.2；转轴5.1上设有外螺纹，且转轴5.1一端与壳体1固定，转轴5.1另一端设于壳体1外部且通过外螺纹与旋钮5.2螺纹配合；支架4上端套设或钩设在转轴5.1上并与转轴5.1活动连接，即支架4上端可设置钩部或环部7，若为钩部则其钩在转轴5.1上，而若为环部7则从转轴5.1外端套设于转轴5.1上(前提是先将转轴5.1上的旋钮5.2拧下)。当支架4上端设于转轴5.1上后，将旋钮5.2拧于转轴5.1上并拧紧，使得支架4上端被旋钮5.2夹紧于壳体1外壁，而在支架4夹紧固定前，可通过旋转支架4调节其角度，从而改变支架4支撑高度继而影响加热装置高度，使得加热装置可以适用于不同体积培养袋8的需求。转轴5.1上还可以套设垫圈(图未示)。通过垫圈的作用，可使得旋钮5.2将支架4固定更紧固。
左壳体部1.1和右壳体部1.2的抵接面设有相互扣合的卡扣件9，卡扣件9可包括一定数量的公母扣，分别设于左壳体部1.1和右壳体部1.2。通过卡扣件9的作用，使左壳体部1.1和右壳体部1.2可快速拆分和拼接合并，使用更便利，且结构简单，成本低。相对于背景技术中提到的过滤器加热器的结构更简单。
加热片2优选为至少有两个，设于对应气体过滤器3.1位置的壳体1内壁。加热片2可以为硅胶电热丝加热片2。支架4为可弯曲金属支架4，其外壁包设有塑料层或橡胶层，通过塑料层或橡胶层可增加支架4与一次性柔性培养袋8之间的静摩擦力，有效防止相对滑动。支架4可弯曲但并非为软质，其具有一定的硬度，至少可以支撑整个加热装置而不变形或形变量较小。壳体1侧壁可设有用于电源线6穿过的电线开口，具体电线开口的数量与加热片2数量对应，即每个加热片2对应一个电线开口。
使用时，将加热装置包覆在一次性柔性培养袋8上表面自带的气体过滤系统3外部；即，分离左壳体部1.1和右壳体部1.2，将气体过滤系统3的气体过滤器3.1、进气管3.2、出气管3.3及气体截止阀3.4都置于左壳体部1.1和右壳体部1.2之间，然后再合并左壳体部1.1与右壳体部1.2，并通过卡扣件9固定。而针对不同的一次性柔性培养袋8，通过拧松旋钮5.2，使得支架4可绕转轴5.1转动一定角度，从而调整支架4高度，调整到合适高度后再拧紧旋钮5.2即可固定支架4。接通外部电源后，加热片2通电从而对整个壳体1内部进行全封闭式加热，整个气体过滤系统3被加热。
一次性柔性培养袋8内的液体温度为37±0.2℃，袋内气体温度为30±5℃，袋内气体相对湿度为80±5％RH，在一定压力作用下，将带有一定温度和湿度的气体经气体过滤系统3输出袋外，若袋外环境温度较低且袋内气体输出速度较慢的情况下，可致气体在气体过滤系统3内凝结，在气体过滤器3.1内凝结的冷凝水会直接堵塞气体过滤器3.1的滤膜，在出气管3.3和气体截止阀3.4内凝结的冷凝水将回流并淤积在气体过滤器3.1内部，堵塞气体过滤器3.1滤膜，使气体过滤器3.1无法正常工作，在进气管3.2内凝结的冷凝水会形成气膜堵塞底部管径。因此本发明的加热装置采用整体包覆气体过滤系统3的方式来减小气体过滤系统3内外气体温度的差值，使气体无法在整个气体过滤系统3内出现凝结现象。
为了揭示发明的实际效果，在相同条件下对如图1、2、3所示的三种不同加热结构形式进行了比较实验，分别是开放式加热、半封闭式加热和全封闭式加热。低速气体流速设置为50ml/min，气体相对湿度为80±5％RH。T1为工作环境温度，T2为气体过滤器3.1表面温度，T3为培养袋8内气体温度，T4为气体截止阀3.4内气体温度，每次测试时间为1个小时，每种测试重复5次，然后求平均值。测试结果如下：
测试结果显示，首先，在工作环境在25℃以上且气体过滤系统3内的气体温度和工作环境温度相差小于4℃时，即T4和T1之间的温度差值小于4℃时，三种加热方式都可以防止冷凝水在气体过滤系统3内部出现；其次，在开放式和半封闭式两种情况下，气体过滤系统3内的气体温度和工作环境温度相差4℃以上时，即T4和T1之间的温度差值大于4℃以上时，会出现冷凝水，且随着工作环境温度的降低，冷凝水现象越明显；而在全封闭式情况下，即便在较低工作环境问题下，即T1温度较低的情况下，气体过滤系统3内外气体温差小于1℃，即T4和T2之间的温度差值小于1℃时，也无冷凝水出现，表明全封闭式加热结构不受外界温度影响，在低温低速环境下仍可以保证气体过滤器3.1继续正常工作。从实验结果也进一步证明，本发明的采用全封闭式加热结构的加热装置可有效避免低温低速气体在气体过滤系统3内产生冷凝水的现象。

Claims (7)

1.一种用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：包括用于包裹所述气体过滤系统(3)的壳体(1)、设于所述壳体(1)内的加热片(2)及设于壳体(1)上用于调整其高度的支架(4)；所述壳体(1)的上端和下端设有容所述气体过滤系统(3)的管路穿过的通孔(10)，当气体过滤系统(3)置于壳体(1)内时，壳体(1)呈全封闭状态；所述壳体(1)包括相抵接且可拆分的左壳体部(1.1)和右壳体部(1.2)；所述支架(4)通过旋转机构(5)与所述壳体(1)连接；所述加热片(2)通过电源线(6)与外部电源电连接；
所述气体过滤系统(3)包括气体过滤器(3.1)、设于所述气体过滤器(3.1)一端的进气管(3.2)、设于所述气体过滤器(3.1)另一端的出气管(3.3)及设于所述出气管(3.3)上的气体截止阀(3.4)；
所述旋转机构(5)包括两个转轴(5.1)和两个旋钮(5.2)；所述转轴(5.1)上设有外螺纹，且转轴(5.1)一端与所述壳体(1)固定，转轴(5.1)另一端设于所述壳体(1)外部且通过外螺纹与所述旋钮(5.2)螺纹配合；所述支架(4)上端套设或钩设在转轴(5.1)上并与转轴(5.1)活动连接；
所述支架(4)和旋转机构(5)各有两个，其中一个支架(4)通过一个旋转机构(5)与所述左壳体部(1.1)连接，另一个支架(4)通过另一个旋转机构(5)与所述右壳体部(1.2)连接。
2.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述加热片(2)至少有两个，设于对应所述气体过滤器(3.1)位置的壳体(1)内壁。
3.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述转轴(5.1)上还套设有垫圈。
4.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述左壳体部(1.1)和所述右壳体部(1.2)的抵接面设有相互扣合的卡扣件(9)。
5.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述加热片(2)为硅胶电热丝加热片(2)。
6.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述支架(4)为可弯曲金属支架(4)，其外壁包设有塑料层或橡胶层。
7.根据权利要求1所述的用于气体过滤系统的加热装置，其特征在于：所述壳体(1)侧壁设有用于电源线(6)穿过的电线开口。
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