CN114797606A - 一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置及系统，其中搅拌装置包括隔离套，隔离套具有容纳腔和开口；输出轴，输出轴具有轴内端和轴外端，轴内端通过开口插入至容纳腔内，并且轴外端位于外部；桨叶，桨叶连接于所述轴外端；内磁芯，内磁芯位于容纳腔内，且连接于轴内端上；外磁芯，外磁芯套装在隔离套的外部，且与内磁芯相对并磁力耦合；机械密封结构，机械密封结构密封连接输出轴和隔离套的开口之间，简化了所述培养袋内的机械结构，避免轴承等机械结构对所述培养袋内的培养物进行碾压，同时避免所述内磁芯大结构产生的切应力及死角，而影响搅拌反应情况。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌装置领域，尤其涉及一种一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置及系统，其结合了机械密封和磁力密封，实现安全密封，并具有无泄漏风险，高扭力等特点，能保证生物反应器内培养细胞不受污染。
背景技术
生物反应器是生物工程生产中的关键技术设备，是疫苗生产、生物药制造、医学细胞治疗的核心设备，关系着人们生活医疗的安全和质量。
而搅拌装置是生物反应器为保证内部培养的细胞生存环境均一性所必须的装置，目前常用的搅拌装置包括机械密封、磁力密封及油封三种。其中机械密封及油封的可靠性较差，容易造成泄漏，而磁力密封是安全密封，但常见的磁力密封为平面磁力耦合，其所能传到的扭力有限，不能适应高速及大体积的需要。
反应器行业做了很多尝试，例如专利CN103945928B，其中涉及了多种方式的磁力搅拌，但其所示的多种方式在培养袋内部均具有滚珠轴承或滑动轴承结构，对培养物有较大的研磨风险；其培养袋内部均具有较大的机械结构，搅拌过程中对培养物有较大的液体切应力。其内凸的磁枢结构限制了内外磁铁的耦合面积，限制了扭力强度。
发明内容
针对以上搅拌器及其他专利的弊端，本发明采用机械密封和磁力密封相结合的复合密封搅拌结构，提出一种适用于生物反应器的搅拌装置及系统。旨在解决生物反应器的无污染，高扭力的动力传输问题。
根据本发明的一个目的，本发明提供了一种一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置，包括：
隔离套，所述隔离套具有一容纳腔，以及连通所述容纳腔和外部的开口；
输出轴，所述输出轴具有轴内端和轴外端，所述轴内端通过所述开口插入至所述容纳腔内，并且所述轴外端位于外部；
桨叶，所述桨叶连接于所述轴外端；
内磁芯，所述内磁芯位于所述容纳腔内，且连接于所述轴内端上；
外磁芯，所述外磁芯套装在所述隔离套的外部，且与所述内磁芯相对并磁力耦合；
机械密封结构，所述机械密封结构密封连接所述输出轴和所述隔离套的开口之间。
作为优选的实施例，所述机械密封结构包括油封。
作为优选的实施例，所述机械密封结构包括：
静环，所述静环套接于所述输出轴和所述隔离套的开口之间；
动环，所述动环套接于所述输出轴上，且与所述静环相接并位于外部。
作为优选的实施例，所述隔离套包括第一套体和第二套体，所述第一套体和所述第二套体连接形成所述容纳腔，所述第二套体内部中空以形成连通所述容纳腔和外部的开口。
作为优选的实施例，所述第二套体的外壁向外延伸连接一挡板。
作为优选的实施例，还包括输入轴，所述输入轴以远离所述轴外端的方式套装于所述隔离套外部，并且所述外磁芯连接于所述输入轴上。
作为优选的实施例，还包括外壳，所述外壳套装于所述输入轴的外部，并相接于所述挡板上。
作为优选的实施例，所述输出轴、所述隔离套、所述内磁芯和所述机械密封结构经灭菌处理。
作为优选的实施例，还包括轴承，所述隔离套和所述输出轴之间，所述外壳和所述输入轴之间，所述隔离套和所述输入轴之间均设置有轴承。
根据本发明的另一个目的，本发明还提供了一种搅拌系统，包括上述实施例的搅拌装置，还包括培养袋，所述培养袋连接于所述隔离套上，并且所述输出轴带有所述桨叶的轴外端位于所述培养袋内。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
所述隔离套、所述内磁芯和所述外磁芯集成于所述输出轴的轴内端上，仅只有带有浆叶的所述轴外端位于培养袋，以使所述内磁芯和所述外磁芯等布置于所述培养袋外，大大简化了所述培养袋内的机械结构，避免轴承等机械结构对所述培养袋内的培养物进行碾压，同时避免所述内磁芯大结构产生的切应力及死角，而影响搅拌反应情况。并且外置的所述内磁芯，便于所述内磁芯的长度进行调整，长度变长的所述内磁芯可增加磁力耦合面积，从而达到大扭矩，高转速的使用效果。另外所述输出轴和所述隔离套的开口之间密封连接所述机械密封结构，提升密封性能，防止造成所述培养袋内部污染。所述隔离套等经过灭菌处理，这样所述机械密封结构和所述输出轴之间允许少许渗漏时，也不会造成所述培养袋内部污染。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置第一实施例的结构示意图；
图2为本发明所述一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置第二实施例的结构示意图。
图中：100搅拌装置、110隔离套、1101容纳腔、1102开口、111第一套体、112第二套体、113凸部、120输出轴、121轴内端、122轴外端、1121挡板、130桨叶、140内磁芯、150外磁芯、160a机械密封结构、160b机械密封结构、161静环、162动环、170输入轴、171输入轴套体、172轴体、180外壳、190轴承、200培养袋。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图1和图2所示，所述一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置100，包括：
隔离套110，所述隔离套110具有一容纳腔1101，以及连通所述容纳腔1101和外部的开口1102；
输出轴120，所述输出轴120具有轴内端121和轴外端122，所述轴内端121通过所述开口1102插入至所述容纳腔1101内，并且所述轴外端122位于外部；
桨叶130，所述桨叶130连接于所述轴外端122；
内磁芯140，所述内磁芯140位于所述容纳腔1101内，且连接于所述轴内端121上；
外磁芯150，所述外磁芯150套装在所述隔离套110的外部，且与所述内磁芯140相对并磁力耦合；
机械密封结构160a、160b，所述机械密封结构160a、160b密封连接所述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间。
所述隔离套110、所述内磁芯140和所述外磁芯150集成于所述输出轴120的轴内端121上，仅只有带有浆叶130的所述轴外端122位于培养袋200，以使所述内磁芯140和所述外磁芯150等布置于所述培养袋200外，大大简化了所述培养袋200内的机械结构，避免轴承等机械结构对所述培养袋200内的培养物进行碾压，同时避免所述内磁芯140大结构产生的切应力及死角，而影响搅拌反应情况。并且外置的所述内磁芯140，便于所述内磁芯140的长度进行调整，长度变长的所述内磁芯140可增加磁力耦合面积，从而达到大扭矩，高转速的使用效果。另外所述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间密封连接所述机械密封结构160a、160b，提升密封性能，防止造成所述培养袋200内部污染。
所述培养袋200连接于所述隔离套110上，而所述机械密封结构160a、160b密封连接于所述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间，防止所述培养袋200的培养物从述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间通过，造成所述培养袋200内部污染。其中所述机械密封结构160a、160b可采用以下两个实施例结构，具体如下：
第一实施例
如图1所示，所述机械密封结构160a密封连接于所述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间，实现所述内磁芯140和所述培养袋200的隔离，进而使所述容纳腔1101形成密封空间，存在固有气压，使所述培养袋200内的培养物不会大量流到所述隔离套110内。其中所述机械密封结构160a包括油封，所述油封可为弹性体。应用油封的所述搅拌装置100可为上搅拌方式。
所述隔离套110包括第一套体111和第二套体112，所述第一套体111和所述第二套体112连接形成所述容纳腔1101，所述第二套体112内部中空以形成连通所述容纳腔1101和外部的开口1102。
参考图1，所述第一套体111的上端封闭，下端开口并套接于所述第二套体112外部，以使所述第一套体111内部形成所述容纳腔1101，而所述第二套体112的内部中空以形成所述开口1102。通过采用上述结构，以便于将所述内磁芯140以及所述输出轴120的轴内端121封装于所述容纳腔1101内部，之后将所述第一套体111和所述第二套体112采用焊接等方式来形成整体结构的所述隔离套110。
所述内磁芯140和所述外磁芯150均包括多个永磁磁铁，并且组成所述内磁芯140和所述外磁芯150的磁铁数量相等，以及磁铁NS极成对分布，以使所述内磁芯140和所述外磁芯150产生磁力耦合，传输扭矩，以实现所述输出轴120带动所述桨叶130转动，并对所述培养袋200内的培养物进行搅拌。
具体地，组成所述内磁芯140的多个磁铁环绕布置于所述输出轴120的轴内端121的圆周方向上，并且紧密配合。组成所述外磁芯150的多个磁铁环绕布置于所述隔离套110的圆周方向上，以使所述外磁芯150与所述内磁芯140相对并磁力耦合。
如图1所示，所述搅拌装置100还包括输入轴170，所述输入轴170以远离所述轴外端122的方式套装于所述隔离套110外部，并且所述外磁芯150连接于所述输入轴170上。
所述输入轴170可连接电机，为搅拌装置提供扭力。其中所述输入轴170包括输入轴套体171和轴体172，所述输入轴套体171的下部套装于所述隔离套110外部，所述轴体172连接于所述输入轴套体171的上部，用于连接电机。
所述外磁芯150位于所述输入轴套体171上，两者可通过紧密配合或焊接方式形成一整体。
如图1所示，所述搅拌装置100还包括外壳180，所述外壳180套装于所述输入轴170的外部，以对所述内磁芯140和所述外磁芯150进行封装，另外所述输入轴170的所述轴体172从所述外壳180的上部穿出来连接电机。
具体地，所述第二套体112的外壁向外延伸连接一挡板1121，所述培养袋200套接于所述第二套体112的挡板1121下方，而所述外壳180相接于所述挡板1121上方，以使所述挡板1121对所述外壳180和所述培养袋200的安装进行定位。
如图1所示，所述搅拌装置100还包括轴承190，所述轴承190可为滚动或滑动轴承，可根据实际需要进行选定。所述隔离套110和所述输出轴120之间，所述外壳180和所述输入轴170之间，所述隔离套110和所述输入轴170之间均设置有轴承190，通过设置所述轴承190，以保证平稳转动，以及同轴布置，当然两者之间的所述轴承190数量可为两个，以所述隔离套110和所述输出轴120之间为例，两者之间设置有两个所述轴承190，且分设于所述内磁芯140的上下两侧，另外所述外壳180和所述输入轴170之间也可设置两个所述轴承190。所述第一套体111背离所述第二套体112的上部，其向上延伸形成一凸部113，所述轴承190位于所述凸部113和所述外壳180之间，合理利用安装空间，保证结构紧凑且体积小的优势。
所述输出轴120、所述隔离套110、所述内磁芯140和所述机械密封结构160a经灭菌处理，例如通过辐照进行整体灭菌处理，这样所述机械密封结构160a和所述输出轴120之间允许少许渗漏时，也不会造成所述培养袋200内部污染。
所述输出轴120、所述隔离套110、所述内磁芯140和所述机械密封结构160a均为耐受辐照灭菌的材料制成，例如所述隔离套110可为塑料组件。
如图1所示，所述桨叶130可以是单层的斜桨叶、直桨叶，或多层桨叶，其包括多个叶片，多个所述叶片环绕布置于所述输出轴120的轴外端122的圆周方向上。
值得注意的是，所述输出轴120、所述隔离套110、所述外磁芯150、所述输入轴170和所述内磁芯140保持同轴，这样才能保证所述输出轴120带动所述桨叶130转动。除了通过在两者之间设置轴承190来保证同轴，当然也可通过紧密配合的方式实现，例如所述输入轴170和电机输出轴紧密配合，来达到所述输入轴170和所述隔离套110之间的同轴。
综上所述，所述机械密封结构160a采用油封，可使所述搅拌装置100为上搅拌方式。所述隔离套110等经过灭菌处理，这样所述机械密封结构160a和所述输出轴120之间允许少许渗漏时，也不会造成所述培养袋200内部污染。另外所述容纳腔1101为密封空间，存在固有气压，使所述培养袋200内的培养物不会大量流到所述隔离套110内，进一步提升密封性能。
第二实施例
如图2所示，所述搅拌装置100与第一实施例不同在于，所述机械密封结构160b包括：
静环161，所述静环161套接于所述输出轴120和所述隔离套110的开口1102之间；
动环162，所述动环162套接于所述输出轴120上，且与所述静环161相接并位于外部。
应用所述静环161和所述动环162组成的所述搅拌装置100可为下搅拌方式。所述动环162和所述静环161同样为耐受辐照灭菌的材料制成，例如所述静环161由碳化硅，氮化硅等陶瓷材料，所述动环162由石墨、塑料等材料组成，这样所述机械密封结构160b和所述输出轴120之间允许少许渗漏时，也不会造成所述培养袋200内部污染。
如图1和图2所示，本发明还提供了一种搅拌系统，包括上述实施例的搅拌装置100，还包括培养袋200，所述培养袋200连接于所述隔离套110上，并且所述输出轴120带有所述桨叶130的轴外端122位于所述培养袋200内。
所述搅拌系统采用了上述实施例的搅拌装置100，所以该搅拌系统由搅拌装置100的阀芯带来的有益效果参考上述实施例。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，包括：
隔离套(110)，所述隔离套(110)具有一容纳腔(1101)，以及连通所述容纳腔(1101)和外部的开口(1102)；
输出轴(120)，所述输出轴(120)具有轴内端(121)和轴外端(122)，所述轴内端(121)通过所述开口(1102)插入至所述容纳腔(1101)内，并且所述轴外端(122)位于外部；
桨叶(130)，所述桨叶(130)连接于所述轴外端(122)；
内磁芯(140)，所述内磁芯(140)位于所述容纳腔(1101)内，且连接于所述轴内端(121)上；
外磁芯(150)，所述外磁芯(150)套装在所述隔离套(110)的外部，且与所述内磁芯(140)相对并磁力耦合；
机械密封结构(160a、160b)，所述机械密封结构(160a、160b)密封连接所述输出轴(120)和所述隔离套(110)的开口(1102)之间。
2.如权利要求1所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，所述机械密封结构(160a)包括油封。
3.如权利要求1所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，所述机械密封结构(160b)包括：
静环(161)，所述静环(161)套接于所述输出轴(120)和所述隔离套(110)的开口(1102)之间；
动环(162)，所述动环(162)套接于所述输出轴(120)上，且与所述静环(161)相接并位于外部。
4.如权利要求1所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，所述隔离套(110)包括第一套体(111)和第二套体(112)，所述第一套体(111)和所述第二套体(112)连接形成所述容纳腔(1101)，所述第二套体(112)内部中空以形成连通所述容纳腔(1101)和外部的开口(1102)。
5.如权利要求4所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，所述第二套体(112)的外壁向外延伸连接一挡板(1121)。
6.如权利要求5所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，还包括输入轴(170)，所述输入轴(170)以远离所述轴外端(122)的方式套装于所述隔离套(110)外部，并且所述外磁芯(150)连接于所述输入轴(170)上。
7.如权利要求6所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，还包括外壳(180)，所述外壳(180)套装于所述输入轴(170)的外部，并相接于所述挡板(1121)上。
8.如权利要求1所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，所述输出轴(120)、所述隔离套(110)、所述内磁芯(140)和所述机械密封结构(160a、160b)经灭菌处理。
9.如权利要求7所述的一次性袋式生物反应器用复合隔离搅拌装置(100)，其特征在于，还包括轴承(190)，所述隔离套(110)和所述输出轴(120)之间，所述外壳(180)和所述输入轴(170)之间，所述隔离套(110)和所述输入轴(170)之间均设置有轴承(190)。
10.一种搅拌系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的搅拌装置(100)，还包括培养袋(200)，所述培养袋(200)连接于所述隔离套(110)上，并且所述输出轴(120)带有所述桨叶(130)的轴外端(122)位于所述培养袋(200)内。
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| CN201744318U (zh) * | 2010-02-04 | 2011-02-16 | 张良光 | 药机的磁耦合搅拌装置 |
| CN202876688U (zh) * | 2012-11-02 | 2013-04-17 | 任振林 | 一种耐高温高压无泄漏立式搅拌器 |
| CN214694135U (zh) * | 2021-02-04 | 2021-11-12 | 上海璟良生物工程技术有限公司 | 采用柱面耦合顶置式磁力搅拌器的一次性生物反应器 |
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