CN109401950A - 用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置和加热制冷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置和加热制冷系统。磁力搅拌装置至少包括可拆卸式搅拌轴模块、第一永磁体、步进电机，第一永磁体固定于步进电机；搅拌轴模块带有第二永磁体；发酵装置包括至少一个发酵罐，搅拌轴模块为可拆卸式安装于发酵罐内，第一永磁体设置在发酵罐外。加热制冷系统包括罐体加热与制冷装置和尾气冷凝装置；其中，罐体加热与制冷装置包括加热制冷腔、加热模块、制冷模块，加热模块和制冷模块共用加热制冷腔；尾气冷凝装置包括冷凝管、第二半导体制冷片、第二散热片及第二散热风扇，尾气冷凝装置带有冷凝水进出水支管，通过冷凝水进出水支管外接冷凝水。

Description

用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置和加热制冷系统
技术领域
本发明涉及一种微型化高通量发酵装置，特别涉及其中的磁力机械搅拌装置部分及加热制冷系统。
背景技术
微生物菌种筛选、培养基配方开发和发酵工艺研究，离不开实验用发酵罐，来模拟生产用发酵罐上各种检测和控制参数和环境条件。常规的实验用发酵罐与生产用发酵罐在发酵罐结构上、搅拌形式上、pH和溶氧等参数检测原理和方法上都比较一致，能够很好地模拟生产罐上的测控方式和环境条件，但是常规实验用发酵罐的搅拌形式及加热制冷形式很难直接移植到这种微型化高通量发酵装置中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：如何使用微型化高通量发酵装置，完全模拟生产罐的搅拌形式及加热制冷形式。
为了解决上述技术问题，本发明的第一方面，提供了一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，磁力搅拌装置至少包括搅拌轴模块、第一永磁体、步进电机，第一永磁体固定于步进电机，搅拌轴模块带有第二永磁体；发酵装置包括至少一个发酵罐，搅拌轴模块为可拆卸式安装于发酵罐内，第一永磁体设置在发酵罐外；
进行搅拌工作时，步进电机带动第一永磁体进行转动，第一永磁体耦合驱动第二永磁体，进而使搅拌轴模块旋转。
进一步地，搅拌轴模块包括搅拌轴、下轴套以及依次套装在搅拌轴的第二永磁体、搅拌桨叶、第一轴承和第二轴承，下轴套安装在第一轴承外，轴封安装在下轴套的下部之内。搅拌轴模块还包括搅拌轴套管和锁紧螺母；搅拌轴套管套装在轴套上并位于第一轴承和第二轴承之间，锁紧螺母锁定在搅拌轴的上顶端。
进一步地，发酵罐安装有上轴套，下轴套通过螺纹副与上轴套连接。上轴套和下轴套连接处由O型密封圈密封。
本发明的第二方面，提供了一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，加热制冷系统包括罐体加热与制冷装置和尾气冷凝装置；其中，罐体加热与制冷装置包括加热制冷腔、加热模块、制冷模块，加热模块和制冷模块共用加热制冷腔。
进一步地，加热模块包括加热棒。制冷模块包括第一半导体制冷片、传导均热板、第一散热片及第一散热风扇。
进一步地，尾气冷凝装置包括冷凝管、第二半导体制冷片、第二散热片及第二散热风扇。尾气冷凝装置带有冷凝水进出水支管，通过冷凝水进出水支管外接冷凝水。
本发明的有益效果是：
以缩微化的方式，直接将生产发酵罐缩微到最小，最大可能地与生产发酵罐上罐体和搅拌结构、温度控制系统保持一致，基于这种缩微化发酵装置研究开发出来的菌种、配方和工艺参数更容易放大到生产规模。
磁力搅拌装置内部密封良好且装配拆卸方便，另外最重要方面是保证了轴承不与罐内培养液接触而发生“污染”。同时保证搅拌轴整体长度，从而保证罐内磁铁与罐外磁距离一定，使得电机传递搅拌轴扭矩大，速度快。
同时发酵罐罐体与罐盖组成一个封闭密封腔，使罐内介质处于完全封闭状态，因而可实现静密封、耐高压、无泄漏的目的。
对罐体部装进行加热及制冷，对尾气进行了单冷处理，还可外接水路制冷。在不同部位实现独立温控，且高效快捷，可以实现快速加热、快速散热、快速制冷、尾气快速冷凝等功效。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中磁力搅拌装置与加热制冷系统的示意图；
图2是本发明一个较佳实施例中搅拌轴模块的剖切结构示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中发酵罐顶盖的结构示意图；
图4是本发明一个较佳实施例中发酵罐与尾气冷凝装置的结构示意图；
图5是本发明一个较佳实施例中加热制冷系统的整体结构示意图；
图6是本发明一个较佳实施例中加热制冷系统的剖切结构示意图；
图7是本发明一个较佳实施例中加热制冷系统的局部结构示意图；
图8是本发明一个较佳实施例中尾气冷凝装置的剖切结构示意图；
图9是本发明一个较佳实施例中尾气冷凝装置外接冷凝水管的示意图。
具体实施方式
因发酵罐内需要控制温度，同时对尾气进行制冷，本发明对罐体部装进行加热及制冷，对尾气进行了单冷处理。罐体部装放置在加热制冷腔部装中，加热制冷腔中分加热模块部分和制冷模块两种。罐体制冷模块由加热制冷腔、制冷片、传导均热板、均热板(通常用于需小体积或需快速散高热环境)、散热片及散热片外风扇组成。罐体加热模块由加热制冷腔与加热棒组成。尾气冷凝由冷凝管、半导体制冷片、散热片及散热风扇组成，同时也可接支管外接水路制冷。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
磁力搅拌是通过相隔一定距离的磁体，由于磁场感应效应，它们不需要任何传统机械构件，通过磁体的耦合力，就能把功率从发酵罐罐外电机侧磁体传递到发酵罐内搅拌轴侧磁体，它们构成一个非接触传递扭矩机构。
工作时，如图1和2所示，步进电机1的转动通过传动部件2和3传递，进一步带动罐外永磁铁4进行转动，同时耦合驱动封闭在发酵罐6内的另一组永磁铁7，从而使得罐内搅拌轴9作同步旋转。搅拌轴9的下端安装有搅拌桨叶8，搅拌桨叶8随搅拌轴9同步旋转。
如图2和3所示，搅拌轴上轴端和中部分别安装上轴承162和下轴承161，上轴承162和下轴承161之间通过轴套管12定位与间隔，上轴承162处有锁紧螺母13锁定，下轴承161处由轴封10密封，它们与下轴套11形成一个可拆卸的搅拌轴模块。搅拌轴模块5通过其下轴套11与上轴套14以螺纹副连接，上下轴套之间由O型圈15密封，搅拌轴模块5内部密封良好且拆卸方便，最终通过上轴套14与顶盖焊接整体盖17的定位轴16连接定位，靠上轴套14上的紧定螺栓固定。
上述搅拌轴的整体机械结构的最大优点是装配及拆卸简单明了，另外最重要方面是保证了轴承不与罐内培养液接触而发生“污染”，同时保证搅拌轴整体长度，从而保证罐内永磁铁7与罐外永磁铁4距离一定，使得步进电机1传递搅拌轴扭矩大，速度快。同时发酵罐6的罐体与罐盖组成一个封闭密封腔，使罐内介质处于完全封闭状态，因而可实现静密封、耐高压、无泄漏的目的。
本发明主要对罐体部装18(图4所示)进行加热及制冷，同时对尾气进行冷凝。如图5-9所示，罐体部装18放置在加热制冷腔19中，加热制冷腔19中分加热模块和制冷模块两种。罐体制冷模块由加热制冷腔19、制冷片21、传导均热板20(均热板通常用于需小体积或需快速散高热环境)、散热片23及散热片外风扇组成。罐体加热模块由加热制冷腔19与加热棒24组成。尾气冷凝由冷凝管30、半导体制冷片25、散热片26及散热风扇27组成，同时也可接支管28与支管29外接水路制冷。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，其特征在于，
所述磁力搅拌装置至少包括搅拌轴模块、第一永磁体、步进电机，所述第一永磁体固定于所述步进电机，所述搅拌轴模块带有第二永磁体，所述发酵装置包括至少一个发酵罐，所述搅拌轴模块为可拆卸式安装于所述发酵罐内，所述第一永磁体设置在所述发酵罐外；
进行搅拌工作时，所述步进电机带动所述第一永磁体进行转动，所述第一永磁体耦合驱动所述第二永磁体，进而使所述搅拌轴模块旋转。
2.根据权利要求1所述的一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，其特征在于，所述搅拌轴模块包括搅拌轴、下轴套以及依次套装在所述搅拌轴的所述第二永磁体、搅拌桨叶、第一轴承和第二轴承，所述下轴套安装在所述第一轴承外，轴封安装在所述下轴套的下部之内。
3.根据权利要求2所述的一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，其特征在于，所述搅拌轴模块还包括搅拌轴套管和锁紧螺母，搅拌轴套管套装在所述轴套上并位于所述第一轴承和所述第二轴承之间，所述锁紧螺母锁定在所述搅拌轴的上顶端。
4.根据权利要求2所述的一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，其特征在于，所述发酵罐安装有上轴套，所述下轴套通过螺纹副与上轴套连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于缩微化发酵装置的磁力搅拌装置，其特征在于，所述上轴套和所述下轴套连接处由O型密封圈密封。
6.一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，其特征在于，所述加热制冷系统包括罐体加热与制冷装置和尾气冷凝装置；其中，所述罐体加热与制冷装置包括加热制冷腔、加热模块、制冷模块，所述加热模块和所述制冷模块共用所述加热制冷腔。
7.根据权利要求6所述的一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，其特征在于，所述加热模块包括加热棒。
8.根据权利要求6所述的一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，其特征在于，所述制冷模块包括第一半导体制冷片、传导均热板、第一散热片及第一散热风扇。
9.根据权利要求6所述的一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，其特征在于，所述尾气冷凝装置包括冷凝管、第二半导体制冷片、第二散热片及第二散热风扇。
10.根据权利要求9所述的一种用于缩微化发酵装置的加热制冷系统，其特征在于，所述尾气冷凝装置带有冷凝水进出水支管，通过所述冷凝水进出水支管外接冷凝水。
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