CN113583813B - 一种微生物发酵罐的内部发热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物发酵罐的内部发热系统,包括罐体，以及设于罐体侧壁的保温夹层，罐体外壁设有循环加热装置，循环加热装置包括两端均贯通连接罐体侧壁的循环管，以及设于循环管上的底物信息采集部件、循环泵以及热交换部件；罐体内滑动连接分隔板，罐体底部设有驱动部件，分隔板上设有启闭部件；罐体内设有进气圆盘，以及热源气体的供气部件，罐体顶部设有排气调温部件，保温夹层内设有散热部件，散热部件顶部与排气调温部件连接、底部与集热部件连接，罐体底部设有辅热部件。本发明是一种便于罐体内底物快速无氧加热以及有氧加热的，且便于罐体恒温保温以及热能高效利用的发热系统。
Description
技术领域
本发明主要涉及微生物发酵的技术领域，具体为一种微生物发酵罐的内部发热系统。
背景技术
微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。
根据申请号为CN201720028936.4的专利文献所提供的一种高效加热微生物无菌发酵罐可知，该产品包括罐体、搅拌轴和输气管，搅拌轴内同心设有紫外线杀菌灯管，所述搅拌轴上端还固定连接有导电滑环，搅拌轴位于罐体内的轴身上固定连接有若干搅拌叶片，搅拌轴轴身上在搅拌叶片之间位置开设有若干开口；搅拌叶片内设有红外线加热灯管，搅拌轴轴壁在各搅拌叶片位置均开设有通线口，搅拌叶片的周壁上等距均匀的开设有若干开口。该产品可对有害菌进行有效杀灭，保证发酵效果，同时加热效率和加热均匀度好。
上述专利中的产品可对有害菌进行有效杀灭，保证发酵效果，同时加热效率和加热均匀度好，但不便于罐体内底物的快速无氧加热以及有氧加热，且不便于罐体的恒温保温以及热能的高效利用。
发明内容
本发明主要提供了一种微生物发酵罐的内部发热系统，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种微生物发酵罐的内部发热系统,包括罐体，以及设于罐体侧壁的保温夹层，所述罐体外壁设有循环加热装置，所述循环加热装置包括两端均贯通连接罐体侧壁的循环管，以及由下至上依序设于循环管上的底物信息采集部件、循环泵以及热交换部件，所述循环泵用于将罐体内底物由罐体底部沿循环管抽吸至罐体顶部；
所述罐体内滑动连接分隔板，所述罐体底部设有用于驱动分隔板升降的驱动部件，所述分隔板上设有用于密封或连通分隔板的启闭部件；
所述罐体内腔底部设有进气圆盘，以及通过多个管道向进气圆盘内通入热源气体的供气部件，所述罐体顶部设有排气调温部件，所述保温夹层内设有散热部件，所述散热部件顶部与排气调温部件连接、底部与集热部件连接，所述集热部件用于对散热部件排出气体进行热能收集，所述罐体底部设有辅热部件，所述辅热部件一端连接连接集热部件、另一端套设于供气部件进气端外壁。
优选的，所述底物信息采集部件包括设于循环管侧壁的流量传感器以及第一温度传感器，当进行加热时，PLC控制器接收流量传感器以及第一温度传感器测量的底物流量信息以及底物温度信息，并在计算后触发热交换部件升至对应温度。在本优选的实施例中，通过底物信息采集部件便于收集流经循环管的底物流量及温度信息，以便于将热交换部件升至对应的加热温度。
优选的，所述热交换部件包括穿设循环管且固定在罐体外壁的热交换箱，设于所述热交换箱内且套设循环管外壁的多个加热环。在本优选的实施例中，通过多个加热环实现快速加热。
优选的，所述驱动部件包括设于罐体底部的驱动电机，设于所述驱动电机执行端且丝母连接分隔板的驱动杆，所述驱动杆外壁底部设有多个搅动棒。在本优选的实施例中，驱动部件便于根据冷热底物的比例调节分隔板的高度。
优选的，所述启闭部件包括穿设驱动杆且转动连接分隔板上表面的启闭板，设于所述分隔板底部的驱动缸，设于所述驱动缸执行端的环形架，以及设于所述启闭板底部且滑动连接环形架内壁的连杆。在本优选的实施例中，启闭部件便于在气体加热时连通分隔板。
优选的，所述供气部件包括设于罐体底部的分子筛吸附器，以及设于所述分子筛吸附器排气端且连接罐体底部的空气加热器，所述空气加热器排气端管道连接进气圆盘。在本优选的实施例中，通过供气部件便于向进气圆盘内输入热源空气，同时可对热源空气中的氧气含量进行调节。
优选的，所述排气调温部件包括贯通连接罐体顶部的排气调温箱，设于所述排气调温箱内的第二温度传感器，以及设于所述排气调温箱内的多个加热管。在本优选的实施例中，通过排气调温部件便于收集经罐体排出的气体，并将排气调节至合适温度。
优选的，所述散热部件包括设于保温夹层内的螺旋散热管，所述螺旋散热管顶部通过多个保温管连接排气调温箱。在本优选的实施例中，通过散热部件便于对保温夹层进行温度调节，便于保持罐体的内部恒温。
优选的，所述集热部件包括设于罐体底部的集热水箱，设于保温夹层底部且管道连接集热水箱的环形水管，设于环形水管内的环形排气管，以及设于所述环形水管内壁的第三温度传感器，所述环形排气管一端贯通连接螺旋散热管、另一端贯穿环形水管并延伸至外部。在本优选的实施例中，通过集热部件便于对经散热部件排出的气体进行热能收集。
优选的，所述辅热部件包括多个出气端分别连接供气部件进气端的连通管，以及设于所述罐体底部且套设连通管外部的辅热管，所述辅热管管道连接集热水箱。在本优选的实施例中，通过辅热部件便于利用集热部件收集的热能对进入供气部件的空气进行预热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中通过循环加热装置实现底物均匀、快速且彻底的升温，循环加热装置中通过底物信息采集部件便于收集流经循环管的底物流量及温度信息，以便于将热交换部件升至对应的加热温度，驱动部件便于根据冷热底物的比例调节分隔板的高度，以便于升温后与未升温底物间的隔离，启闭部件便于在气体加热时连通分隔板，通过供气部件便于向进气圆盘内输入热源空气，同时可对热源空气中的氧气含量进行调节，通过排气调温部件便于收集经罐体排出的气体，并将排气调节至合适温度，通过散热部件便于对保温夹层进行温度调节，便于保持罐体的内部恒温，通过集热部件便于对经散热部件排出的气体进行热能收集，通过辅热部件便于利用集热部件收集的热能对进入供气部件的空气进行预热。
以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构轴测图；
图2为本发明的整体结构爆炸图；
图3为本发明的罐体内部结构爆炸图；
图4为本发明的供气部件结构轴测图；
图5为本发明的分隔板结构轴测图；
图6为本发明的整体结构剖视图；
图7为本发明的集热部件结构剖视图；
图8为本发明的启闭部件结构仰视图。
附图说明：10、罐体；11、保温夹层；20、循环加热装置；21、循环管；22、底物信息采集部件；221、流量传感器；222、第一温度传感器；23、循环泵；24、热交换部件；241、热交换箱；242、加热环；30、分隔板；31、驱动部件；311、驱动电机；312、驱动杆；313、搅动棒；32、启闭部件；321、启闭板；322、驱动缸；323、环形架；324、连杆；40、进气圆盘；41、供气部件；411、分子筛吸附器；412、空气加热器；42、排气调温部件；421、排气调温箱；422、第二温度传感器；423、加热管；43、散热部件；431、螺旋散热管；432、保温管；44、集热部件；441、集热水箱；442、环形水管；443、环形排气管；444、第三温度传感器；45、辅热部件；451、连通管；452、辅热管。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请着重参照附图1、2、6所示，在本发明一优选实施例中，一种微生物发酵罐的内部发热系统,包括罐体10，以及设于罐体10侧壁的保温夹层11，所述罐体10外壁设有循环加热装置20，所述循环加热装置20包括两端均贯通连接罐体10侧壁的循环管21，以及由下至上依序设于循环管21上的底物信息采集部件22、循环泵23以及热交换部件24，所述循环泵23用于将罐体10内底物由罐体10底部沿循环管21抽吸至罐体10顶部；所述底物信息采集部件22包括设于循环管21侧壁的流量传感器221以及第一温度传感器222，当进行加热时，PLC控制器接收流量传感器221以及第一温度传感器222测量的底物流量信息以及底物温度信息，并在计算后触发热交换部件24升至对应温度，所述热交换部件24包括穿设循环管21且固定在罐体10外壁的热交换箱241，设于所述热交换箱241内且套设循环管21外壁的多个加热环242。
需要说明的是，在本实施例中，循环加热时，开启循环泵23，罐体10内底物由罐体10底部沿循环管21抽吸至顶部，在此过程中，PLC控制器接收流量传感器221以及第一温度传感器222测量的底物流量信息以及底物温度信息，并在计算后触发热交换部件24升至对应温度，底物经热交换部件24加热后从新进入罐体10；
进一步的，开启加热环242，加热环242通过热传导给底物加热，循环加热方式能够将底物整体在短时间内加热至所需温度。
请着重参照附图3、5、8所示，在本发明另一优选实施例中，所述罐体10内滑动连接分隔板30，所述罐体10底部设有用于驱动分隔板30升降的驱动部件31，所述分隔板30上设有用于密封或连通分隔板30的启闭部件32；所述驱动部件31包括设于罐体10底部的驱动电机311，设于所述驱动电机311执行端且丝母连接分隔板30的驱动杆312，所述驱动杆312外壁底部设有多个搅动棒313，所述启闭部件32包括穿设驱动杆312且转动连接分隔板30上表面的启闭板321，设于所述分隔板30底部的驱动缸322，设于所述驱动缸322执行端的环形架323，以及设于所述启闭板321底部且滑动连接环形架323内壁的连杆324。
需要说明的是，在本实施例中，加热后的底物处于分隔板30上方，随着循环泵23的工作，已加热的底物量逐渐增大，未加热的底物量逐渐减小，此时驱动部件31带动分隔板30下降，以适应已加热与未加热底物间比例；
进一步的，开启驱动电机311，驱动电机311输出端带动驱动杆312转动，驱动杆312带动分隔板30升降，驱动杆312转动时还可带动搅动棒313对底物进行搅拌；
进一步的，开启驱动缸322，驱动缸322输出端带动环形架323移动，环形架323通过连杆324带动启闭板321转动，当启闭板321上孔与分隔板30上孔贯通时，分隔板30连通，当启闭板321上孔与分隔板30上孔错位时，分隔板30密封。
请着重参照附图2、3、4、6、7所示，在本发明另一优选实施例中，所述罐体10内腔底部设有进气圆盘40，以及通过多个管道向进气圆盘40内通入热源气体的供气部件41，所述罐体10顶部设有排气调温部件42，所述保温夹层11内设有散热部件43，所述散热部件43顶部与排气调温部件42连接、底部与集热部件44连接，所述集热部件44用于对散热部件43排出气体进行热能收集，所述罐体10底部设有辅热部件45，所述辅热部件45一端连接连接集热部件44、另一端套设于供气部件41进气端外壁，所述供气部件41包括设于罐体10底部的分子筛吸附器411，以及设于所述分子筛吸附器411排气端且连接罐体10底部的空气加热器412，所述空气加热器412排气端管道连接进气圆盘40,所述排气调温部件42包括贯通连接罐体10顶部的排气调温箱421，设于所述排气调温箱421内的第二温度传感器422，以及设于所述排气调温箱421内的多个加热管423,所述散热部件43包括设于保温夹层11内的螺旋散热管431，所述螺旋散热管431顶部通过多个保温管432连接排气调温箱421,所述集热部件44包括设于罐体10底部的集热水箱441，设于保温夹层11底部且管道连接集热水箱441的环形水管442，设于环形水管442内的环形排气管443，以及设于所述环形水管442内壁的第三温度传感器444，所述环形排气管443一端贯通连接螺旋散热管431、另一端贯穿环形水管442并延伸至外部,所述辅热部件45包括多个出气端分别连接供气部件41进气端的连通管451，以及设于所述罐体10底部且套设连通管451外部的辅热管452，所述辅热管452管道连接集热水箱441。
需要说明的是，在本实施例中，在分隔板30连通时，可进行气流加热，根据发酵类型调节分子筛吸附器411排出气体，如有氧发酵时，可将分子筛提取的氧气作为热源气体，无氧发酵时，可将分子筛提取氧气后的无氧空气作为热源气体，热源气体经空气加热器412加热后经进气圆盘40进入罐体10内部并对罐体10内部进行加热；
进一步的，在罐体10内热交换后的气体进入排气调温箱421，此时第二温度传感器422将温度数据传递至PLC控制器，在温度数据小于设定值时开启加热管423对其进行加热；
进一步的，调温完成后的气体经保温管432进入螺旋散热管431，螺旋散热管431进行散热，提升保温夹层11的温度，便于对罐体10进行保温；
进一步的，经螺旋散热管431排出的气体进入环形排气管443并经环形排气管443排气口排出，在此过程中，环形水管442内热传导介质吸收环形排气管443内气体的热量，第三温度传感器444温度达到设定值后，吸热完毕的热传导介质负压吸至集热水箱441，并通过集热水箱441向环形水管442内重新注入冷的热传导介；
进一步的，吸热完毕的热传导介质进入辅热管452，辅热管452对连通管451进行辅热，空气经连通管451辅热后进入分子筛吸附器411进气端。
本发明的具体流程如下：
流量传感器221型号为“LWGY”，第一温度传感器222型号为“7107”，第二温度传感器422型号为“7107”，第三温度传感器444型号为“7107”。
循环加热时，开启循环泵23，罐体10内底物由罐体10底部沿循环管21抽吸至顶部，在此过程中，PLC控制器接收流量传感器221以及第一温度传感器222测量的底物流量信息以及底物温度信息，并在计算后触发热交换部件24升至对应温度，底物经热交换部件24加热后从新进入罐体10；
开启加热环242，加热环242通过热传导给底物加热，循环加热方式能够将底物整体在短时间内加热至所需温度；
加热后的底物处于分隔板30上方，随着循环泵23的工作，已加热的底物量逐渐增大，未加热的底物量逐渐减小，此时驱动部件31带动分隔板30下降，以适应已加热与未加热底物间比例；
开启驱动电机311，驱动电机311输出端带动驱动杆312转动，驱动杆312带动分隔板30升降，驱动杆312转动时还可带动搅动棒313对底物进行搅拌；
开启驱动缸322，驱动缸322输出端带动环形架323移动，环形架323通过连杆324带动启闭板321转动，当启闭板321上孔与分隔板30上孔贯通时，分隔板30连通，当启闭板321上孔与分隔板30上孔错位时，分隔板30密封；
在分隔板30连通时，可进行气流加热，根据发酵类型调节分子筛吸附器411排出气体，如有氧发酵时，可将分子筛提取的氧气作为热源气体，无氧发酵时，可将分子筛提取氧气后的无氧空气作为热源气体，热源气体经空气加热器412加热后经进气圆盘40进入罐体10内部并对罐体10内部进行加热；
在罐体10内热交换后的气体进入排气调温箱421，此时第二温度传感器422将温度数据传递至PLC控制器，在温度数据小于设定值时开启加热管423对其进行加热；
调温完成后的气体经保温管432进入螺旋散热管431，螺旋散热管431进行散热，提升保温夹层11的温度，便于对罐体10进行保温；
经螺旋散热管431排出的气体进入环形排气管443并经环形排气管443排气口排出，在此过程中，环形水管442内热传导介质吸收环形排气管443内气体的热量，第三温度传感器444温度达到设定值后，吸热完毕的热传导介质负压吸至集热水箱441，并通过集热水箱441向环形水管442内重新注入冷的热传导介；
吸热完毕的热传导介质进入辅热管452，辅热管452对连通管451进行辅热，空气经连通管451辅热后进入分子筛吸附器411进气端。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微生物发酵罐的内部发热系统,包括罐体(10)，以及设于罐体(10)侧壁的保温夹层(11)，其特征在于,所述罐体(10)外壁设有循环加热装置(20)，所述循环加热装置(20)包括两端均贯通连接罐体(10)侧壁的循环管(21)，所述循环管(21)用于将罐体(10)内底物由罐体(10)底部抽吸至顶部，沿底物流向依次设于所述循环管(21)上的底物信息采集部件(22)、循环泵(23)以及热交换部件(24)；
所述罐体(10)内滑动连接分隔板(30)，设于所述罐体(10)底部且用于驱动分隔板(30)升降的驱动部件(31)，以及设于分隔板(30)上且于密封或连通分隔板(30)的启闭部件(32),所述分隔板(30)用于分隔温度不同的底物；
所述罐体(10)内壁底部设有进气圆盘(40)，所述罐体(10)底部设有多个通过管道向进气圆盘(40)内通入热源气体的控氧热气部件(41)，所述罐体(10)顶部设有排气调温部件(42)，所述保温夹层(11)内设有管道连接排气调温部件(42)的散热部件(43)，所述保温夹层(11)底部设有管道连接散热部件(43)且用于对散热部件(43)排出气体进行热能收集的集热部件(44)，所述罐体(10)底部设有管道连接集热部件(44)且能够利用集热部件(44)收集的热能对进入控氧热气部件(41)的空气进行预热的辅热部件(45)，所述集热部件(44)包括设于罐体(10)底部的集热水箱(441)，设于保温夹层(11)底部且管道连接集热水箱(441)的环形水管(442)，设于环形水管(442)内的环形排气管(443)，以及设于所述环形水管(442)内壁的第三温度传感器(444)，所述环形排气管(443)一端贯通连接螺旋散热管(431)、另一端贯穿环形水管(442)并延伸至外部。
2.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述底物信息采集部件(22)包括设于循环管(21)侧壁的流量传感器(221)以及第一温度传感器(222)，当进行加热时，PLC控制器接收流量传感器(221)以及第一温度传感器(222)测量的底物流量信息以及底物温度信息，并在计算后触发热交换部件(24)升至对应温度。
3.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述热交换部件(24)包括穿设循环管(21)且固定在罐体(10)外壁的热交换箱(241)，设于所述热交换箱(241)内且套设循环管(21)外壁的多个加热环(242)。
4.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述驱动部件(31)包括设于罐体(10)底部的驱动电机(311)，设于所述驱动电机(311)执行端且丝母连接分隔板(30)的驱动杆(312)，所述驱动杆(312)外壁底部设有多个搅动棒(313)。
5.根据权利要求4所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述启闭部件(32)包括穿设驱动杆(312)且转动连接分隔板(30)上表面的启闭板(321)，设于所述分隔板(30)底部的驱动缸(322)，设于所述驱动缸(322)执行端的环形架(323)，以及设于所述启闭板(321)底部且滑动连接环形架(323)内壁的连杆(324)。
6.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述控氧热气部件(41)包括设于罐体(10)底部的分子筛吸附器(411)，以及设于所述分子筛吸附器(411)排气端且连接罐体(10)底部的空气加热器(412)，所述空气加热器(412)排气端管道连接进气圆盘(40)。
7.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述排气调温部件(42)包括贯通连接罐体(10)顶部的排气调温箱(421)，设于所述排气调温箱(421)内的第二温度传感器(422)，以及设于所述排气调温箱(421)内的多个加热管(423)。
8.根据权利要求7所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述散热部件(43)包括设于保温夹层(11)内的螺旋散热管(431)，所述螺旋散热管(431)顶部通过多个保温管(432)连接排气调温箱(421)。
9.根据权利要求1所述的一种微生物发酵罐的内部发热系统，其特征在于，所述辅热部件(45)包括多个出气端分别连接控氧热气部件(41)进气端的连通管(451)，以及设于所述罐体(10)底部且套设连通管(451)外部的辅热管(452)，所述辅热管(452)管道连接集热水箱(441)。
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