CN201386104Y

CN201386104Y - 一种生物反应器

Info

Publication number: CN201386104Y
Application number: CN200920106906U
Authority: CN
Inventors: 陈文庆; 王建超; 刘俊生
Original assignee: BEIJING CLAVORUS BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Merck Millipore Beijing Skywing Co ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2019-03-31

Abstract

本实用新型提供一种生物反应器，包括：罐体；用于将气体输入到所述罐体的输气管道；用于将所述罐体中的气体排出的排气管道；设置于所述输气管路上的第一电磁阀；设置于所述排气管路上的第二电磁阀；用于检测罐体压力，获取一罐体压力检测值的压力检测模块；用于在所述罐体压力检测值低于预设压力时，打开所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，在所述罐体压力检测值超出所述预设压力时，打开所述第二电磁阀，关闭所述第一电磁阀的电磁阀控制模块，与所述第一电磁阀、第二电磁阀和压力检测模块连接。本实用新型实现了自动的罐体压力控制，还提高了压力控制精度。

Description

一种生物反应器

技术领域

本实用新型涉及生物反应技术领域，特别是一种生物反应器。

背景技术

目前，如图1所示，目前用于动物细胞培养的反应器包括：

罐体；

用于将气体(如氧气、二氧化碳等)输入到所述罐体的至少一路气体输气管道(图1中以一路为例)；

设置于所述输气管路上的第一手动阀门；

用于将所述罐体中的气体(如氧气、二氧化碳等)排出的至少一路排气管道；

设置于所述排气管路上的第二手动阀门；

用于检测罐体压力的压力检测模块，设置于罐体上。

目前，在动物细胞培养用生物反应器操作过程中，对于反应器罐体压力的控制，大都采用人工监视的方法来控制压力的增减，当压力检测模块检测到的压力值小于设定值时，由操作人打开第一阀门进行补压；当检测到的压力值大于设定值时，由操作人打开第二阀门进行排气减压，以此来维持压力的平衡。

发明人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：

需要操作人员的实时监控与频繁操作，造成大量的人力的消耗；

手动控制无法精确控制罐体的压力精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种生物反应器，实现自动、精确的罐体压力控制。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种生物反应器，包括：

罐体；

用于将气体输入到所述罐体的输气管道；

用于将所述罐体中的气体排出的排气管道；

设置于所述输气管路上的第一电磁阀；

设置于所述排气管路上的第二电磁阀；

用于检测罐体压力，获取一罐体压力检测值的压力检测模块；

用于在所述罐体压力检测值低于预设压力时，打开所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，在所述罐体压力检测值超出所述预设压力时，打开所述第二电磁阀，关闭所述第一电磁阀的电磁阀控制模块，与所述第一电磁阀、第二电磁阀和压力检测模块连接。

上述的生物反应器，其中，所述第一电磁阀和第二电磁阀为比例调节电磁阀，所述生物反应器还包括：

用于根据所述罐体压力检测值与所述预设压力的差值的绝对值控制所述第一电磁阀或第二电磁阀的开启角度的第一角度控制模块，与所述第一电磁阀、第二电磁阀和压力检测模块连接。

上述的生物反应器，其中，所述生物反应器还包括：

设置于所述输气管路上的第一比例调节阀；

设置于所述排气管路上的第二比例调节阀；

用于根据所述罐体压力检测值与所述预设压力的差值的绝对值控制所述第一比例调节阀和第二比例调节阀的开启角度的第二角度控制模块，与所述第一比例调节阀、第二比例调节阀和压力检测模块连接。

上述的生物反应器，其中，还包括：

第一过滤器，设置于所述输气管路上；

第二过滤器，设置于所述排气管路上。

上述的生物反应器，其中，还包括：

设置于所述输气管路上的第一手动阀门；

设置于所述排气管路上的第二手动阀门。

本实用新型实施例具有以下的有益效果：

本实用新型的生物反应器中，压力检测模块持续检测罐体压力，获取一罐体压力检测值，进而由判断模块来判断该罐体压力检测值与预设压力的关系，在判断出罐体压力检测值低于所述预设压力时，电磁阀控制模块打开第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，则气体会通过输气管道向罐体中充入气体，提高罐体压力，在判断出罐体压力检测值高于所述预设压力时，电磁阀控制模块打开第二电磁阀，关闭所述第一电磁阀，则气体无法通过输气管道向罐体中充入气体，而罐体中的气体会通过排气管道排出，从而降低罐体压力，本实用新型实现了自动的罐体压力控制，还提高了压力控制精度；

而对电磁阀采用比例阀或在管路中增加比例阀，根据罐体压力检测值与所述预设压力的差值的绝对值来控制比例阀的开启角度，罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值越大，则比例调节阀的开启角度越大，通过上述的控制，进一步提高了控制精度。

附图说明

图1为现有技术的生物反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种生物反应器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的另一种生物反应器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的再一种生物反应器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中的一种生物反应器的管路设置与电磁阀设置的示意图。

具体实施方式

本实用新型的生物反应器中设置有压力检测模块，获取一压力检测结果，并根据该压力检测结果控制设置于输气管路上的阀门/设置于排气管路上的阀门的开启/关闭，使罐体压力维持在预设的范围，提高控制精度，降低人力的消耗。

如图2所示，本实用新型的生物反应器包括：

罐体；

设置于所述输气管路上的第一电磁阀；

设置于所述排气管路上的第二电磁阀；

用于检测罐体压力，获取一罐体压力检测值的压力检测模块，设置于罐体上；

用于判断所述罐体压力检测值与预设压力的关系，并在所述罐体压力检测值低于所述预设压力时，打开所述第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，在所述罐体压力检测值超出所述预设压力时，打开所述第二电磁阀，关闭所述第一电磁阀的电磁阀控制模块，与所述第一电磁阀、第二电磁阀和压力检测模块连接。

在此，该预设压力可以是一个离散的值，也可以是一个压力范围，如[A-Δ，A+Δ]，其中，该Δ为容错误差，当然，预设压力也可以是[A，B]，其中A小于B。

对于罐体压力检测值处于所述预设压力时，可以采用如下的措施：

维持第一电磁阀和第二电磁阀的状态不变；或者

同时关闭第一电磁阀和第二电磁阀。

当然，第二种方式是比较好的一种处理方式。

本实用新型的生物反应器中，压力检测模块持续检测罐体压力，获取一罐体压力检测值，进而由判断模块来判断该罐体压力检测值与预设压力的关系，在判断出罐体压力检测值低于所述预设压力时，表示罐体压力过低，需要向其中输入气体来提高罐体压力，此时，电磁阀控制模块打开第一电磁阀，关闭所述第二电磁阀，则气体会通过输气管道向罐体中充入气体，提高罐体压力，由于持续向罐体中充气，或者说随着罐体的升温，罐体压力会越来越高，超出预设范围，在判断出罐体压力检测值高于所述预设压力时，表示罐体压力过高，需要向外排出气体来降低罐体压力，此时，电磁阀控制模块打开第二电磁阀，关闭所述第一电磁阀，则气体无法通过输气管道向罐体中充入气体，而罐体中的气体会通过排气管道排出，从而降低罐体压力。

上述过程周而复始，从而能够自动保证罐体中的压力维持在预设范围，而且控制相对于手动控制精确。

为了保证罐体中气体的纯度，在本实用新型的具体实施例中，如图3所示，还设置有：

第一过滤器，设置于所述输气管路上；

第二过滤器，设置于所述排气管路上。

通过上述的过滤器的设置，可以保证进入到罐体中的气体的纯度，维持罐体中气体环境满足细胞培养的需求。

同时，在本实用新型的具体实施例中，还包括：

设置于所述输气管路上的第一手动阀门；

设置于所述排气管路上的第二手动阀门。

当然，在自动控制模式时，应该保证第一手动阀门和第二手动阀门处于开启状态，否则自动控制部分也无法实现罐体压力的自动调节。

在本实用新型的具体实施例中，该电磁阀控制模块可以通过A/D转换模块、CPU以及中间继电器来实现，当然，中间继电器也可以不需要，而通过直接向电磁阀的继电器发送信号，控制其开启或关闭即可。

前面已经提到，输入到罐体中的气体可能是多种，此时，管路的设置可能具有如下的方式：

各个输气管路各自独立，也就是每个输气管路分别独立输入气体；或者

各个输气管路通过总输气管路向罐体输入气体。

对于第一种方式，该第一电磁阀可以是设置于每个输气管路，也可以是设置于部分输气管路，说明如下。

电磁阀设置方式一，在每个输气管路都设置电磁阀，同时开启，同时关闭。

电磁阀设置方式二，在部分输气管路设置电磁阀，以调节罐体压力。

对第二种电磁阀设置方式举例说明如下，假设氧气、二氧化碳和压缩空气通过各自的管路输入到罐体，此时可以在压缩空气的输入管路上设置电磁阀，并通过电磁阀的开关来控制压缩气体的输入，以调节罐体压力。

对于第二种方式，该第一电磁阀可以是仅设置于总输气管路，也可以是设置于所有输气管路，也可以是设置于部分输气管路，其可以根据需要来确定，举例说明如下。

如图5所示，氧气、二氧化碳和压缩空气通过各自的分管道传输，各个分管道传输的气体最后会通过图5中的总管道输入到罐体，此时，电磁阀的设置如图5所示，设置在总管道。

当然，对于图5所示的管路设置方式，电磁阀还可以按如下方式设置：

电磁阀设置在传输压缩空气的分管道；或

电磁阀设置在所有的分管道；或

电磁阀同时设置在总管道和所有的传输管道。

对于电磁阀设置在所有的分管道和同时设置在总管道和所有的传输管道这两种情形而言，其可以结合罐体的压力和罐体的环境(如氧气浓度、二氧化碳浓度等)来控制电磁阀的开启。实现罐体环境和压力的同时调节。

本发明实施例中，还可以在总管路的过滤器的前后分别设置电磁阀，在此不再一一描述其各种设置方式。

对于任意的管路的设置和电磁阀的设置，其控制压力都是通过控制气体的进入和排出来实现的，其处理过程相同，在此不一一详细描述。

在本实用新型的具体实施例中，为了提高控制的速度和精度，该第一电磁阀和第二电磁阀均采用比例调节电磁阀，也就是说其开启的角度可以控制，如果角度无法控制的话，有可能会出现如下情况。

假定当前罐体压力低于预设压力，但二者的差值不大，需要充入少量的气体，此时如果比例不可调，有可能造成充入气体过多，而超出预设范围，而开启排气阀又会造成气压低于预设压力。

为了解决上述问题，所以在本实用新型的具体实施例中，该第一电磁阀和第二电磁阀均采用比例调节电磁阀，本实用新型的具体实施例中还包括：

用于根据罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值控制所述第一电磁阀或第二电磁阀的开启角度的第一角度控制模块，与所述第一电磁阀和第二电磁阀连接。

其中，罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值越大，则第一电磁阀或第二电磁阀的开启角度越大，差值的绝对值与开启角度可以是正比例关系。

采用比例调节电磁阀后，对于上述提高的情况，在二者的差值不大时，电磁阀开启的角度较小，从而充入气体会比较少，不会出现一下子就超出预设范围的情况，保证了控制的精度。

在二者的差值较大时，电磁阀开启的角度较大，从而可以在短时间内充入大量气体，随着二者的差值不断减小，电磁阀开启的角度越来越小，从而可以保证在最后阶段不会出现超出预设范围的情况，在保证控制精度的同时，也提高了控制速度。

上述的第一电磁阀和第二电磁阀均采用比例调节电磁阀来实现，但该第一电磁阀和第二电磁阀也可以不采用比例调节电磁阀，而通过在管路上增加比例调节阀来处理，电磁阀控制是否能输入或排出气体，而通过比例调节阀来控制输入或排出气体的速度，这种情况下，如图4所示，生物反应器还包括：

设置于所述输气管路上的第一比例调节阀；

设置于所述排气管路上的第二比例调节阀；

罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值越大，则比例调节阀的开启角度越大，差值的绝对值与开启角度可以是正比例关系。

当然，上述电磁阀控制模块和角度控制模块是分别描述的，但应当理解的是，二者也可以是由一个功能模块来实现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种生物反应器，包括：

罐体；

用于将气体输入到所述罐体的输气管道；

用于将所述罐体中的气体排出的排气管道；

其特征在于，所述生物反应器还包括：

设置于所述输气管路上的第一电磁阀；

设置于所述排气管路上的第二电磁阀；

2.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述第一电磁阀和第二电磁阀为比例调节电磁阀，所述生物反应器还包括：

用于根据所述罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值控制所述第一电磁阀或第二电磁阀的开启角度的第一角度控制模块，与所述第一电磁阀、第二电磁阀和压力检测模块连接。

3.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述生物反应器还包括：

设置于所述输气管路上的第一比例调节阀；

设置于所述排气管路上的第二比例调节阀；

用于根据所述罐体压力检测值与预设压力的差值的绝对值控制所述第一比例调节阀和第二比例调节阀的开启角度的第二角度控制模块，与所述第一比例调节阀、第二比例调节阀和压力检测模块连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的生物反应器，其特征在于，还包括：

第一过滤器，设置于所述输气管路上；

第二过滤器，设置于所述排气管路上。

5.根据权利要求1、2或3所述的生物反应器，其特征在于，还包括：

设置于所述输气管路上的第一手动阀门；

设置于所述排气管路上的第二手动阀门。

6.根据权利要求1所述的生物反应器，其特征在于，所述输气管道包括：

总管道，输出口与所述罐体连接；

用于输入氧气的第一分管道，输出口与所述总管道的输入口连接；

用于输入二氧化碳的第二分管道，输出口与所述总管道的输入口连接；

用于输入压缩空气的第三分管道，输出口与所述总管道的输入口连接；

所述第一电磁阀设置于所述总管道，或者设置于所述第三分管道，或者同时设置于所述总管道和所述第三分管道。