CN117683607A - 一种具有高效冷却的生物制药发酵罐 - Google Patents

Abstract

本申请涉及发酵罐领域，尤其是涉及一种具有高效冷却的生物制药发酵罐，包括：罐体，呈卧式放置；驱动组件，安装于所述罐体的侧边；转动管，转动连接于所述罐体内，且所述转动管的轴线方向与所述罐体的延伸方向一致，所述驱动组件驱动所述转动管转动；多组降温管，固定连接于所述转动管的周侧壁，且均与所述转动管连通，每一组所述降温管均设置有承接发酵液的存放空间，所述存放空间使得发酵液能够先从所述液体层进入至所述气体层，再顺着所述存放空间的路径从所述气体层回流至所述液体层；以及冷却组件。本申请发酵罐通过降温管转动能够对罐体内液体层和气体层均进行有效降温，同时通过将发酵液带入到至气体层能够进一步提高降温效率。

Description

一种具有高效冷却的生物制药发酵罐

技术领域

本申请涉及发酵罐领域，尤其是涉及一种具有高效冷却的生物制药发酵罐。

背景技术

生物制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、器官、体液等，综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法制造的用于预防、治疗和诊断的药品。

生物制药需要使用发酵罐对药品进行发酵处理。在生物制药发酵过程中，发酵液产生的发酵热会造成发酵液自身的温度升高，从而影响发酵的正常进行，因此发酵过程中必须需要冷却装置来控制罐体内发酵液的温度。

现有技术中，通常有两种方式对发酵罐内发酵液进行降温：第一种是将水冷管固定贴合于发酵罐的罐体外壁，从而对发酵液进行降温；第二种是将水冷管固定于罐体内，使得水冷管与发酵液直接接触，从而对发酵液进行降温。

针对上述中的相关技术，当采用上述第一种方式降温时，此时只对靠近水冷管内壁处的发酵液的冷却效果好；当采用上述第二种方式降温时，此时只对与水冷管直接接触处的发酵液的冷却效果好。因此，无论采取上述何种方式进行降温，均使得发酵罐内降温区域单一，导致降温效果相对较差。

发明内容

为了解决上述中现有发酵罐降温区域单一，导致降温冷却效果相对较差的问题，本申请提供一种具有高效冷却的生物制药发酵罐。

本申请提供的一种具有高效冷却的生物制药发酵罐，采用如下的技术方案：

一种具有高效冷却的生物制药发酵罐，包括：

罐体，呈卧式放置，所述罐体内上下分为气体层和液体层；

驱动组件，安装于所述罐体的侧边；

转动管，转动连接于所述罐体内，且所述转动管的轴线方向与所述罐体的延伸方向一致，所述驱动组件驱动所述转动管转动；

多组降温管，固定连接于所述转动管的周侧壁，且均与所述转动管连通，每一组所述降温管均设置有承接发酵液的存放空间，所述存放空间用于暂存发酵液以使得发酵液能够先从所述液体层进入至所述气体层，再顺着所述存放空间的路径从所述气体层回流至所述液体层；

冷却组件，用于向所述转动管和多组所述降温管内通入循环流动的冷却液。

通过采用上述技术方案，第一，通过驱动组件驱动转动管和降温管转动能够有效扩大对罐体内不同位置的发酵液降温冷却范围，实现对不同位置发酵液的均匀冷却。第二，相比于立式设置，罐体卧式设置使得降温管转动时，能够将罐体内的发酵液从液体层带入至气体层，从而增大了发酵液的散热面积，因而能够加快发酵液的蒸发散热速度。第三，罐体卧式设置使得降温管既能进入至液体层也能进入至气体层进行热交换，因而既能对液体进行降温，也能对气体降温，保证整体降温效果。第四，降温管除了起到降温冷却的作用以外，还能够用于搅拌发酵液，从而为微生物提供合适的发酵环境。本申请发酵罐通过降温管转动能够对罐体内液体层和气体层均进行有效降温，同时通过将发酵液带入到至气体层能够进一步增强对发酵液的降温效果，提高了降温效率，为微生物提供了适宜的发酵温度。

可选的，一组所述降温管设置至少两根，所述降温管设置为圆管，所述降温管之间相互抵接设置以使得两所述降温管外壁交接处形成所述存放空间，所述降温管沿所述转动管轴线方向偏移排布。

通过采用上述技术方案，第一，多根降温管抵接能够形成存放空间，且降温管沿转动管轴线方向排布能够使得存放空间尽可能多地暂存发酵液，从而增加发酵液的散热面积。第二，由于降温管内通入冷却液，而在两根降温管交接处的温度相对降低，因而能够进一步提高对存放空间内暂存的发酵液的降温效果。第三，两根降温之间的降温空间形成了发酵液的流动路径，使得发酵液沿着降温管流回至液体层，尽量减少发酵液可能溅起而沾染至罐体的顶部。第四，设置多根降温管能够增大降温管与液体层和气体层的接触面积，从而提高对罐体内部整体的降温效果。

可选的，一组所述降温管设置一根，所述降温管的周侧壁均匀开设有多个承接槽，多个所述承接槽圆周排布，且多个所述承接槽共同形成所述存放空间，所述承接槽的延伸方向与所述降温管的延伸方向一致。

通过采用上述技术方案，第一，降温管的周侧壁开设多个承接槽以形成存放空间能够有效将发酵液从液体层带入至气体层，增大发酵液的散热面积。第二，多个承接槽也能够有效增大降温管与液体层或者气体层的接触面积，因而能够进一步地提高降温效果。第三，只设置一根降温管能够有效节约材料，减小设备的生产成本。

可选的，还包括抵接板，所述抵接板由导热材料制成，所述抵接板固定连接于所述降温管远离所述转动管的一侧，所述抵接板远离所述降温管的侧面与所述罐体内壁抵接，所述抵接板的板面用于抵接搅拌发酵液。

通过采用上述技术方案，第一，当降温管内的冷却液与气体层和液体层热交换完升温后，部分热量可以传递给抵接板，并通过抵接板传递给罐体壁，最终传递给罐体外，从而实现对降温管的散热。同时，降温管内的冷却液的热量也可以通过冷却组件散热，从而提高冷却效果。第二，抵接板能够有效推动发酵液流动，从而使得发酵液能够均匀混合以使得发酵菌均匀降温。第三，抵接板与罐体内壁抵接还能刮动气体层处的罐体内壁可能残留的发酵液。

可选的，所述降温管弯折形成相互连通的第一弯管和第二弯管，所述第一弯管和所述第二弯管均与所述转动管连通，所述第一弯管靠近所述转动管的进液端，所述第二弯管靠近所述转动管的出液端。

通过采用上述技术方案，冷却液从转动管一端进入后，部分冷却液进入至第一弯管，再从第二弯管中流出，因而能够加快降温管内冷却液的流动速度，从而保证降温管内的冷却液处于较好的低温状态以提高降温效果。

可选的，所述转动管在所述第一弯管与所述转动管的连通点和所述第二弯管与所述转动管的连通点之间的长度段设置为封闭段。

通过采用上述技术方案，封闭段的设置能够进一步地限制转动管和降温管内的冷却液的流动路径，使得冷却液能够尽可能地流经降温管，从而提高降温管的冷却效果。

可选的，所述第一弯管与所述转动管所形成的锐角夹角值小于所述第二弯管与所述转动管所形成的锐角夹角值。

通过采用上述技术方案，通过设置不同的夹角能够使得冷却液更易进入至第一弯管，且更易从第二弯管中流出，因而能够加快降温管内冷却液的循环流动速度，从而提高降温效果。

可选的，多组所述降温管在以所述转动管为轴线的螺旋线上间隔布置。

通过采用上述技术方案，降温管螺旋设置能够使得发酵液既能上下流动，也能左右流动，从而使得不同位置的发酵液能够充分混合，进一步对位于不同位置的发酵液进行均匀降温，尽可能保证不同位置发酵液温度的一致性。

可选的，还包括安装架，所述安装架与所述罐体固定连接以使得所述罐体悬空。

通过采用上述技术方案，罐体悬空能够使得抵接板与罐体抵接时热交换的面积，保证热交换效果。

可选的，所述转动管的两端均伸出至所述罐体外，所述驱动组件包括驱动件和传动件，所述驱动件固定安装于所述罐体的侧壁，且位于所述转动管轴线方向的侧边，所述驱动件与所述转动管通过所述传动件传动连接。

通过采用上述技术方案，驱动件安装于转动管轴线方向的侧边能够方便转动管的两端与冷却组件连通，提高了冷却液导入至转动管的便捷性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请发酵罐通过降温管转动能够对罐体内液体层和气体层均进行有效降温，同时通过将发酵液带入至气体层能够进一步增强对发酵液的降温效果，提高了降温效率，为微生物提供适宜的发酵温度；

2.降温管内的冷却液与气体层和液体层热交换完后会升温，热量可以传递给抵接板，并通过抵接板传递给罐体壁，从而实现对降温管的散热；抵接板还能够有效推动发酵液流动，从而使得发酵液能够均匀混合以使得发酵菌均匀降温；

3.冷却液从转动管一端进入后，部分进入至第一弯管，再从第二弯管中流出，因而能够加快降温管内冷却液的流动速度，从而提高降温效果。

附图说明

图1是本申请实施例的具有高效冷却的生物制药发酵罐结构示意图。

图2是图1中A-A处剖面示意图。

图3是本申请实施例1的转动管、降温管以及抵接板的结构示意图。

图4是图3中B处放大示意图。

图5是本申请实施例1的降温管连接处的剖面示意图。

图6是本申请实施例2的转动管、降温管以及抵接板的结构示意图。

图7是图6中C处放大示意图。

附图标记说明：

1、安装架；2、罐体；3、驱动组件；31、驱动件；32、传动件；4、转动管；5、冷却组件；51、冷凝器；52、循环导流件；6、降温管；61、第一弯管；62、第二弯管；7、抵接板；8、存放空间；9、承接槽。

具体实施方式

以下结合附图1-附图7，对本申请作进一步详细说明。

需要说明的是，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、 “纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请实施例公开一种具有高效冷却的生物制药发酵罐。

实施例1：

参照图1和图2，一种具有高效冷却的生物制药发酵罐包括安装架1、罐体2、驱动组件3、转动管4、冷却组件5、多组降温管6以及抵接板7。

参照图1，安装架1与罐体2固定连接以使得罐体2悬空，可以通过焊接、螺栓连接等方式进行固定。本实施例中，罐体2设置为圆柱形，内部中空以存放发酵液。罐体2呈卧式放置，罐体2内上下分为气体层和液体层（图中未示出）。在向发酵罐中导入发酵液时，使得发酵液不完全填满罐体2内壁从而形成上述的气体层和液体层。其中，微生物发酵产生的气体会进入至气体层，因而气体层会随着气压增大，温度相应升高。

参照图1和图2，驱动组件3安装于罐体2的侧边。转动管4转动连接于罐体2内，具体可以通过轴承实现转动连接，相应在转动连接处设置良好的密封措施。转动管4的轴线方向与罐体2的延伸方向一致，即转动管4水平设置。驱动组件3驱动转动管4转动。

具体的，驱动组件3包括驱动件31和传动件32。驱动件31固定安装于罐体2的侧壁，且位于转动管4轴线方向的侧边，驱动件31与转动管4通过传动件32传动连接。本实施例中，驱动件31可以选用伺服电机或者步进电机，传动件32可以选用锥齿轮，在转动管4以及驱动件31的输出轴上各安装一锥齿轮，并使得两锥齿轮啮合，从而实现驱动件31在侧边驱动转动管4转动。

参照图1和图2，转动管4的两端均伸出至罐体2外，且转动管4的两端与冷却组件5连通，冷却组件5用于向转动管4和多组降温管6内通入循环流动的冷却液。由于驱动件31安装于侧边，且通过转动管4的两端向转动管4内通入冷却液，能够尽量减少转动管4转动对通入冷却液的影响。

具体的，冷却组件5包括冷凝器51和循环导流件52。转动管4的两端依次通过管道连通冷凝器51和循环导流件52。冷凝器51用于对冷却液进行降温，循环导流件52用于向转动管4内导入冷却液，循环导流件52可以选用水泵。

参照图2，多组降温管6固定连接于转动管4的周侧壁，且均与转动管4连通。因此，冷却液可以从转动管4进入至降温管6。本实施例中，冷却液从降温管6右端进入，从降温管6左端流出。驱动件31驱动转动管4转动时，转动管4带动降温管6转动。此时循环导流件52向转动管4内导入冷却液，冷却液能够流经转动管4和降温管6。由于本申请中罐体2卧式设置，因此降温管6能够与罐体2内的液体层和气体层均进行接触，从而实现热交换，以对罐体2内的气体层和液体层均进行降温冷却，从而提高冷却效果。

本实施例中，参考图3，多组降温管6在以转动管4为轴线的螺旋线上间隔布置。螺旋布置能够有效推动发酵液在罐体2内顺着螺旋线流动，从而使得发酵液既能上下流动，也能左右流动，进而使得不同位置的发酵液能够充分混合并相互之间交换热量，因而能够对罐体2内液体层不同位置发酵液进行均匀降温。

参考图4，每一组降温管6均设置有承接发酵液的存放空间8，存放空间8用于暂存发酵液以使得发酵液能够先从液体层进入至气体层，再顺着存放空间8的路径从气体层回流至液体层（结合图2理解）。

具体的，参考图4和图5，一组降温管6设置至少两根，本实施例中，一组降温管6设置为两根，其它实施例中，可以设置其它数量。降温管6设置为圆管，降温管6之间相互抵接设置以使得两降温管6外壁交接处形成存放空间8，降温管6沿转动管4轴线方向偏移排布。

降温管6转动过程中，当降温管6从液体层进入至气体层时，此时两根降温管6之间的存放空间8能够将发酵液从液体层带入至气体层，因而能够增大发酵液的散热面积，且由于降温管6内通入冷却液，两根降温管6交接处的存放空间8相比于降温管6其它位置的温度更低，因而能够进一步提高对发酵液的降温效果。其中，两根降温管6之间的存放空间8形成了发酵液的流动路径，从而使得发酵液能够沿着降温管6流回至液体层，尽量减少发酵液回流至液体层时可能溅起而沾染至罐体2的顶部。其中，降温管6采用上述偏移排布方式能够尽可能多的通过存放空间8暂存更多的发酵液，从而增强对发酵液的降温冷却效果。最后，由于设置有多根降温管6，还能够增大降温管6与液体层和气体层的接触面积，也能有效提高对罐体2内部整体的降温效果。

当然，驱动件31驱动转动管4转动时，带动降温管6转动还能利用降温管6搅拌发酵液，从而为微生物发酵提供适宜的搅拌环境以利于微生物发酵。可以理解的，转动搅拌的速度可以根据实际需求合理调节。

可以理解的，当罐体2内的温度没有高于设定值时，此时冷却组件5可以不启动，使得转动管4和降温管6内不通入冷却液，此时可只通过驱动组件3驱动转动管4和降温管6对发酵液进行搅拌，而不进行降温。当温度高于设定值时启动冷却组件5，从而对罐体2内部进行降温。因此，可以在罐体2上设置温度感应器以实时监测罐体2内部的温度。

参照图2和图3，抵接板7由导热材料制成，具体可以选用导热性能较好的金属材料制成或者其它导热性能良好的材料。抵接板7固定连接于降温管6远离转动管4的一侧，抵接板7远离降温管6的侧面与罐体2内壁抵接，抵接板7的板面用于抵接搅拌发酵液。其中，抵接板7的板面指抵接板7最大的面。

由于发酵罐发酵导致罐体2内部的温度高于罐体2外部的温度，其中，利用转动管4和降温管6通入冷却液的方式能够对罐体2内部进行冷却降温。携带热量升温后的冷却液，一部分可以循环流通至冷凝器51处进行降温，另一部分可以通过抵接板7将热量传递至罐体2壁处，从而通过罐体2与外部进行热交换，因而能够提高冷却液的热交换速度。

可以理解的，抵接板7除了传导热量以外，还能够进一步通过板面推动发酵液流动，从而提高搅拌效果。

参照图4，降温管6弯折形成相互连通的第一弯管61和第二弯管62，第一弯管61和第二弯管62均与转动管4连通，第一弯管61靠近转动管4的进液端，第二弯管62靠近转动管4的出液端。因此，冷却液从转动管4进入后，部分冷却液能够进入至第一弯管61并从第二弯管62流出。因此，降温管6弯折设置后的两端能够加快降温管6内的冷却液的循环流通速度，保证降温管6内冷却液的温度，从而提高降温管6对罐体2内部气体层和液体层的冷却降温效果。

进一步地，第一弯管61与转动管4所形成的锐角夹角值小于第二弯管62与转动管4所形成的锐角夹角值。由于第一弯管61与转动所形成的锐角夹角较小，因此，冷却液能够更易进入至降温管6道中。且本实施例中，由于降温管6和转动管4均和罐体2均为卧式设置，因而使得冷却液更易在重力作用和离心作用下进入至降温管6，从而使得降温管6内的冷却液能够快速循环流通，进而提高降温管6对罐体2内的降温效果。

本实施例中，参照图2和图4，转动管4在第一弯管61与转动管4的连通点和第二弯管62与转动管4的连通点之间的长度段设置为封闭段。因此，此时冷却液能够从转动管4进入至降温管6。通过限制冷却液的流通路径能够使得冷却液流经每一降温管6，因而能够提高降温管6内冷却液的流动速度以提高降温管6的冷却降温效果。

本实施例的实施原理为：当罐体2内温度较高时，启动冷却组件5使得冷却液流依次流经转动管4和降温管6。驱动组件3驱动转动管4转动，从而带动降温管6转动。因而能够通过转动管4和降温管6与罐体2内的气体层和液体层进行热交换，从而实现对罐体2内部的整体降温。同时降温管6转动时能够有效搅拌发酵液，使得不同温度的发酵液能够均匀混合要从而提高降温效果。

当降温管6从液体层进入至气体层的过程中，此时两根降温管6之间的存放空间8内能够暂存发酵液，从而将发酵液从液体层带入至气体层以增加发酵液的散热面积。当降温管6继续转动并从气体层进入至液体层的过程中，发酵液回流至液体层。因而能够对发酵罐内整体进行有效降温，从而保证微生物发酵处于合适的温度。

实施例2：

参照图6和图7，本实施例的一种具有高效冷却的生物制药发酵罐与实施例1的不同之处在于：本实施例中每一组降温管6的存放空间8的形成方式不一样。

参照图7，本实施例中，一组降温管6设置一根，降温管6的周侧壁均匀开设有多个承接槽9，多个承接槽9呈圆周排布，且多个承接槽9共同形成存放空间8，承接槽9的延伸方向与降温管6的延伸方向一致。

承接槽9能够有效承接罐体2内的发酵液，在降温管6从液体层进入至气体层时，此时部分发酵液能够进入至承接槽9内被带出，并顺着承接槽9再流回至液体层，因而增大了发酵液的散热面积，从而提高散热效果。其中，本实施例中，降温管6只设置一根能够有效降低发酵罐的生产制造成本。而多个承接槽9也能够有效增大降温管6与液体层或者气体层的接触面积，因而能够进一步地提高降温效果。

实施例2的实施原理与实施例1的实施原理不同之处在于：本实施例中，通过承接槽9承接发酵液，从而使得部分发酵液能够先进入至气体层，再回流至液体层。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于，包括：

罐体（2），呈卧式放置，所述罐体（2）内上下分为气体层和液体层；

驱动组件（3），安装于所述罐体（2）的侧边；

转动管（4），转动连接于所述罐体（2）内，且所述转动管（4）的轴线方向与所述罐体（2）的延伸方向一致，所述驱动组件（3）驱动所述转动管（4）转动；

多组降温管（6），固定连接于所述转动管（4）的周侧壁，且均与所述转动管（4）连通，每一组所述降温管（6）均设置有承接发酵液的存放空间（8），所述存放空间（8）用于暂存发酵液以使得发酵液能够先从所述液体层进入至所述气体层，再顺着所述存放空间（8）的路径从所述气体层回流至所述液体层；

冷却组件（5），用于向所述转动管（4）和多组所述降温管（6）内通入循环流动的冷却液。

2.根据权利要求1所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：一组所述降温管（6）设置至少两根，所述降温管（6）设置为圆管，所述降温管（6）之间相互抵接设置以使得两所述降温管（6）外壁交接处形成所述存放空间（8），所述降温管（6）沿所述转动管（4）轴线方向偏移排布。

3.根据权利要求1所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：一组所述降温管（6）设置一根，所述降温管（6）的周侧壁均匀开设有多个承接槽（9），多个所述承接槽（9）呈圆周排布，多个所述承接槽（9）共同形成所述存放空间（8），所述承接槽（9）的延伸方向与所述降温管（6）的延伸方向一致。

4.根据权利要求2或3所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：还包括抵接板（7），所述抵接板（7）由导热材料制成，所述抵接板（7）固定连接于所述降温管（6）远离所述转动管（4）的一侧，所述抵接板（7）远离所述降温管（6）的侧面与所述罐体（2）内壁抵接，所述抵接板（7）的板面用于抵接搅拌发酵液。

5.根据权利要求1所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：所述降温管（6）弯折形成相互连通的第一弯管（61）和第二弯管（62），所述第一弯管（61）和所述第二弯管（62）均与所述转动管（4）连通，所述第一弯管（61）靠近所述转动管（4）的进液端，所述第二弯管（62）靠近所述转动管（4）的出液端。

6.根据权利要求5所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：所述转动管（4）在所述第一弯管（61）与所述转动管（4）的连通点和所述第二弯管（62）与所述转动管（4）的连通点之间的长度段设置为封闭段。

7.根据权利要求5所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：所述第一弯管（61）与所述转动管（4）所形成的锐角夹角值小于所述第二弯管（62）与所述转动管（4）所形成的锐角夹角值。

8.根据权利要求1所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：多组所述降温管（6）在以所述转动管（4）为轴线的螺旋线上间隔布置。

9.根据权利要求4所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：还包括安装架（1），所述安装架（1）与所述罐体（2）固定连接以使得所述罐体（2）悬空。

10.根据权利要求1所述的具有高效冷却的生物制药发酵罐，其特征在于：所述转动管（4）的两端均伸出至所述罐体（2）外，所述驱动组件（3）包括驱动件（31）和传动件（32），所述驱动件（31）固定安装于所述罐体（2）的侧壁，且位于所述转动管（4）轴线方向的侧边，所述驱动件（31）与所述转动管（4）通过所述传动件（32）传动连接。