CN208022997U - 一种流体分配器及流体混合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流体分配器及流体混合装置，涉及化工和制药技术领域，可分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。一种流体分配器，包括流体分配器本体，所述流体分配器本体具有相对的第一侧面和第二侧面，所述流体分配器本体内设有多个导流孔，所述导流孔的两端的开口分别位于所述第一侧面和所述第二侧面上，位于所述流体分配器本体的所述第一侧面一侧的流体可通过多个所述导流孔流动至所述流体分配器本体的所述第二侧面的一侧。本实用新型用于流体的混合。

Description

一种流体分配器及流体混合装置

技术领域

本实用新型涉及化工和制药技术领域，尤其涉及一种流体分配器及流体混合装置。

背景技术

流体是气体和液体的总称。许多工业过程涉及到流体的混合，比如萃取、高分子聚合、气液化学反应、发酵过程等。流体混合效率和混合过程的控制对这些工业过程十分重要。更有一些过程，例如，细胞培养中流体混合过程中的剪切应力，对细胞的功能有着直接的影响。细胞培养泛指所有体外培养，其含义是指从动物或人体体内取出组织，通过机械的方法或酶消化的方法将组织分离成单细胞，让其在模拟体内生理环境等特定的体外条件下进行孵育培养，使之生存并生长。为了使细胞能够顺利生长，常需要检测细胞培养过程中细胞的生长环境。细胞培养是细胞疗法不可取代的过程。细胞培养在生物制药和生物过程领域也是关键步骤。

现有的流体混合方式常为搅拌的方式，通过一搅拌浆或相似的结构对流体进行长时间的搅拌，以混合流体。现有的细胞培养供给营养液的方式一般为：将细胞接种于反应器内，再通过输送管道为细胞或组织提供营养液供其生长。这种培养方式相比将细胞接种在培养皿中的方式，营养液的输入源源不断，更利于细胞的生长。因此，在大批量的细胞培养中，渐渐开始运用。

但是，搅拌方式的流体混合流体流向比较单一，且随机性较大，很难做到各个位置均匀搅拌，因此，往往需要较长时间才能达到流体均匀混合的目的。而在细胞培养的过程中，根据不同细胞的生长特性不同，其所要求的生长环境不同，且决定因素有多种，例如温度、营养液酸碱度、反应器内的压力和营养液的供给流速等。其中，反应器内的压力和营养液的供给流速直接影响营养液与细胞是否混合均匀，而现有技术单单只能通过改变输送管道的流速来实现，局限性较大，且混合所需的时间较长。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种流体分配器及流体混合装置，可分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种流体分配器，包括流体分配器本体，所述流体分配器本体具有相对的第一侧面和第二侧面，所述流体分配器本体内设有多个导流孔，所述导流孔的两端的开口分别位于所述第一侧面和所述第二侧面上，位于所述流体分配器本体的所述第一侧面的一侧的流体可通过多个所述导流孔流动至所述流体分配器本体的所述第二侧面的一侧。

进一步地，所述导流孔的靠近所述第一侧面一端的开口直径大于或小于所述导流孔的靠近所述第二侧面一端的开口直径。

进一步地，所述导流孔的靠近所述第一侧面和所述第二侧面的开口直径大于或小于所述导流孔中部的直径。

进一步地，所述第二侧面的中部向内凹陷，呈半球形凹面。

进一步地，所述第二侧面一一对应多个所述导流孔沿所述导流孔延伸方向设有多个导流管，所述导流管的侧壁沿延伸方向分布有多个导流管开口。

更进一步地，所述导流孔包括第一导流孔，所述第一导流孔的第一端的开口位于所述第二侧面上，第二端的开口连通有多个第二导流孔，多个所述第二导流孔沿所述第一导流孔的延伸方向倾斜发散设置，且多个所述第二导流远离所述第一导流孔一端的开口位于所述第一侧面上。

进一步地，每个所述导流孔位于所述第一侧面和所述第二侧面上的开口均为多个，且所述多个开口在所述导流孔的中部连通。

进一步地，多个所述导流孔靠近所述第二侧面的一端均与所述第一侧面呈第一角度倾斜，并朝向所述流体分配器本体的中心设置，且多个所述导流孔位于所述第二侧面上的开口呈螺旋分布。

进一步地，多个所述导流孔靠近所述第二侧面的一端均与所述第一侧面呈第二角度倾斜，并远离所述流体分配器本体的中心的朝向周围设置。

本实用新型实施例的流体分配器，包括流体分配器本体，流体分配器本体具有相对的第一侧面和第二侧面，为了可以输送流体(例如营养液)，流体分配器本体内设有多个导流孔，导流孔的两端的开口分别位于所述第一侧面和所述第二侧面上，这样，位于流体分配器本体的第一侧面的一侧的流体可通过多个导流孔流动至流体分配器本体的第二侧面的一侧。相比现有技术的搅拌方式，多个导流孔可导流流体，分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。相比现有技术的细胞培养的方式，可使预输送的营养液位于流体分配器本体的第一侧面的一侧，流体分配器本体的第二侧面的一侧作为细胞培养区，这样，营养液通过多个导流孔流动至细胞培养区。由于多个导流孔的一起流通营养液，相比现有技术的单一出口的输送管道，流入细胞培养区的营养液出口有多个，且位于流体分配器本体的第二侧面的多个位置，可使营养液的供给相对比较均匀，进而可减少营养液与细胞的混合时间。另外，根据不同细胞的混合要求等，通过设置多个导流孔的位置、形状或方向等，可分配流体的流向和调整流速，适应不同细胞的营养液供给。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种流体混合装置，包括用于容纳流体的容器，所述容器内设有上述中任一项所述的流体分配器。

本实用新型实施例的流体混合装置，包括用于容纳流体的容器，由于容器内设有上述中任一项的流体分配器，因此具有同样的技术效果，即，可分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的流体分配器的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的流体分配器的截面结构示意图；

图3为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面一端的开口直径大于靠近第二侧面一端的开口直径的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面一端的开口直径小于靠近第二侧面一端的开口直径的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面和第二侧面的开口直径大于导流孔中部的直径的截面结构示意图；

图6为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面和第二侧面的开口直径大于导流孔中部的直径的立体结构示意图；

图7为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面和第二侧面的开口直径小于导流孔中部的直径的截面结构示意图；

图8为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔靠近第一侧面和第二侧面的开口直径小于导流孔中部的直径的立体结构示意图；

图9为本实用新型实施例的流体分配器的第二侧面的中部向内凹陷的截面结构示意图；

图10为本实用新型实施例的流体分配器的第二侧面的中部向内凹陷的立体结构示意图；

图11为本实用新型实施例的流体分配器的第二侧面设置导流管的截面结构示意图；

图12为本实用新型实施例的流体分配器的第二侧面设置导流管的立体结构示意图；

图13为本实用新型实施例的流体分配器的单个导流孔在流体分配器本体内分成多个导流孔的截面结构示意图；

图14为本实用新型实施例的流体分配器的多个导流孔在流体分配器本体内汇聚成一个导流孔的截面结构示意图；

图15为本实用新型实施例的流体分配器的单个导流孔在流体分配器本体内分成多个导流孔的立体结构示意图；

图16为本实用新型实施例的流体分配器的多个导流孔在流体分配器本体内部互相连通的截面结构示意图；

图17为本实用新型实施例的流体分配器的多个导流孔在流体分配器本体内部互相连通的立体结构示意图；

图18为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔在流体分配器本体内形成多汇流的结构示意图；

图19为本实用新型实施例的流体分配器的导流孔在流体分配器本体内形成交叉影线的结构示意图；

图20为本实用新型实施例的流体分配器的多个导流孔螺旋排列的结构示意图；

图21为本实用新型实施例的流体分配器的多个导流孔分散排列的结构示意图；

图22为应用本实用新型实施例的流体分配器的一种细胞培养装置的结构示意图；

图23为包括应用本实用新型实施例的流体分配器的细胞培养装置的一种流化床的结构示意图；

图24为包括本实用新型实施例的流体分配器的一种流体混合器的结构示意图。

附图标记：

1-流体分配器本体；11-第一侧面；12-第二侧面；2-导流孔；21-第一导流孔；22-第二导流孔；3-导流管；31-导流管开口；100-流体分配器；200-容器；201-细胞培养区；202-营养液供给区；300-营养液储罐；400-营养液泵；500-腔体；600-导杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型实施例提供的一种流体分配器100，如图1和图2所示，包括流体分配器本体1，流体分配器本体1具有相对的第一侧面11和第二侧面12，流体分配器本体1内设有多个导流孔2，导流孔2的两端的开口分别位于第一侧面11和第二侧面12上，位于流体分配器本体1的第一侧面11一侧的流体可通过多个导流孔2流动至流体分配器本体1的第二侧面12的一侧。

本实用新型实施例的流体分配器100，如图1和图2所示，包括流体分配器本体1，流体分配器本体1具有相对的第一侧面11和第二侧面12，为了可以输送流体(例如营养液)，流体分配器本体1内设有多个导流孔2，导流孔2的两端的开口分别位于第一侧面11和第二侧面12上，这样，位于流体分配器本体1的第一侧面11的一侧的流体可通过多个导流孔2流动至流体分配器本体1的第二侧面12的一侧。相比现有技术的搅拌方式，多个导流孔2可导流流体，分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。相比现有技术的细胞培养的方式，可使预输送的营养液位于流体分配器本体1的第一侧面11的一侧，流体分配器本体1的第二侧面12的一侧作为细胞培养区，这样，营养液通过多个导流孔2流动至细胞培养区。由于是多个导流孔2一起流通营养液，相比现有技术的单一出口的输送管道，流入细胞培养区的营养液出口有多个，且位于流体分配器本体1的第二侧面12的多个位置，可使营养液的供给相对比较均匀，进而可减少营养液与细胞的混合时间。另外，根据不同细胞的混合要求等，通过设置多个导流孔2的位置、形状或方向等，可分配流体的流向和调整流速，适应不同细胞的营养液供给。

需要说明的是，导流孔2的截面形状和直径尺寸，以及多个导流孔2的排列分布和连接关系，都影响着流体流动的特性，可实现多种不同功能。导流孔2的相对于水平面的角度范围可以是大于0度小于180度。流体分配器本体1可以是板状或块状结构，其厚度面为和其它结构的密封面，位于其两侧的流体只能通过导流孔2流通。优选地，流体分配器本体1为圆盘状结构，以方便其厚度面与圆形的容器密封。流体分配器本体1的厚度可为10毫米，直径可为100毫米，导流孔2的直径可为2～4毫米。

为了可以精确操控从流体分配器本体1的导流孔2内流动的流体的流动状态，可根据需要对导流孔2的位置、形状或方向等进行调整，下面示例的介绍多种实现方式。

流体分配器本体1内的导流孔2可具有不同的直径(或横截面积)从而影响气液相互作用、压力和表面速度。这些几何形状同时有助于减轻通过导流孔2的颗粒淘析。如图3所示，导流孔2的靠近第一侧面11一端的开口直径大于导流孔2的靠近第二侧面12一端的开口直径。流体从第一侧面流入导流孔2并从第二侧面聚拢流出，增加了流体流动速度，可形成射流，增加流体内气泡含量。如图4所示，导流孔2的靠近第一侧面11一端的开口直径小于导流孔2的靠近第二侧面12一端的开口直径。流体从第一侧面流入导流孔2并从第二侧面分散扩展流出，可增加流体混合速度等。

如图5和图6所示，导流孔2的靠近第一侧面11和第二侧面12的开口直径大于导流孔2中部的直径。从导流孔2内流过的流体表现为在导流孔2内部先收缩聚集，再分散流出。如图7和图8所示，导流孔2的靠近第一侧面11和第二侧面12的开口直径小于导流孔2中部的直径从导流孔2内流过的流体表现为在导流孔2内部先分散流动，再收缩流出。这样可以控制流体内气泡的大小。

需要说明的是，优选地，导流孔2的靠近第一侧面11和第二侧面12的开口直径可为3～4毫米，导流孔2中部的直径可为2～2.5毫米。

通过导流孔2不同截面形状的设置，可以控制流体的流动速度、气泡含量等，当然，为了进一步增加效果，也可以根据需要设置流体分配器本体1的结构形状。一般地，流体分配器本体1可以是板状或块状结构，其厚度面为和其它结构的密封面，位于其两侧的流体只能通过导流孔2流通，即，流体的流入和流出都发生在流体分配器本体1的第一侧面11和第二侧面12上，因此，可对第一侧面11或第二侧面12进行结构的改变，以实现不同的功能。

如图9和图10所示，第二侧面12的中部向内凹陷，呈半球形凹面。这样，流体由第一侧面11经过多个导流孔2流入第二侧面12时，由于第二侧面12呈半球形凹面，流体在该处会形成回旋，进而提高流体的混合(或流体与位于第二侧面的物质混合，例如营养液和细胞的混合)速度。

如图11和图12所示，第二侧面12一一对应多个导流孔2沿导流孔2延伸方向设有多个导流管3，导流管3的侧壁沿延伸方向分布有多个导流管开口31。这样，可以将部分流体通过导流管3输送至更远的位置。例如，在细胞培养过程中，部分细胞距离第二侧面12较远，通过导流管3的设置可以对这部分细胞及时供给营养液。另外，导流管3内也可以形成回旋后再流出，提高了流体混合均匀性。开口31的设置位置可以根据细胞培养需求来确定，优选地，沿导流管3的侧壁沿延伸方向均匀分布。

改变导流孔2的截面形状，直径尺寸，可以调节流体的流动状态、速度以及气泡含量等，是针对单个导流孔2的结构进行的结构设计，而多个导流孔2之间的连接关系，也可以影响流体的流动特性。如图13所示，单个导流孔2可以在流体分配器本体1内分成多个导流孔2，可以定向混合和聚拢流体。相反的，如图14所示，同时流体分配器本体1内的多个导流孔2也可以组合成更少的导流孔2，可以定向分流和分布流体。

示例的，参照图13和图15，导流孔2包括第一导流孔21，第一导流孔21的第一端的开口位于第二侧面12上，第二端的开口连通有多个第二导流孔22，多个第二导流孔22沿第一导流孔21的延伸方向倾斜发散设置，且多个第二导流22远离第一导流孔21一端的开口位于第一侧面11上。这样，流体从第一侧面11向第二侧面12流动时，先进入第一导流孔21，再进入多个第二导流孔22，并呈发散状态进入第二侧面，可使流体逐渐分流，均匀分配流量。当然，上述第一导流孔21和第二导流孔22只是示例性的结构设置，在实际的使用中，也可以根据需要增加多级导流孔2，例如，在每个第二导流孔22的出口端再设置多个第三导流孔等。参照图15，多个导流孔2在流体分配器本体1的截面形状呈树枝状逐渐分散。另外，在此结构中，流体分配器本体1的厚度也可以适当增加，以方便设置多层分散的导流孔2。

参照图16和图17，每个导流孔2位于第一侧面11和第二侧面12上的开口均为多个，且多个开口在导流孔2的中部连通。导流孔2在流体分配器本体1内部互相连通的形式，还可以实现流体在导流孔2内部混合再分散。

需要说明的是，多个导流孔2互相的连接关系有多种实现方式，且可以根据实际需要随意组合，例如，参照图18，多个导流孔2中，可以六个构成一组，在流体分配器本体1内交汇再分散，形成多汇流，流体通道指向会聚。参照图19，多个导流孔2中，一定数量的导流孔2组成一组，且每组导流孔2在流体分配器本体1内不相通，但现对于该组向周围发散流出，形成交叉影线形状，流体的流向的多方向的。

进一步地，多个导流孔2的排列分布方式也影响着流体流动的状态特征。参照图20，多个导流孔2靠近第二侧面12的一端均与第一侧面11呈第一角度倾斜，并朝向流体分配器本体1的中心设置，且多个导流孔2位于第二侧面12上的开口呈螺旋分布。这样，在流体由第一侧面11流入第二侧面12时，在第二侧面引起漩涡运动，进而可进一步提高混合速度。当然，第一角度为优选的角度，根据实际需要来设置，导流孔2朝向第二侧面的一端指向流体分配器100的中心的同心环周围，也可以相对于水平面具有多个角度。

参照图21，多个导流孔2靠近第二侧面12的一端均与第一侧面11呈第二角度倾斜，并远离流体分配器本体1的中心的朝向周围设置。这样，在流体由第一侧面11流入第二侧面12时，在第二侧面朝向流体分配器100的周围发散流出，进而可提高混合均匀性。当然，第二角度为优选的角度，根据实际需要来设置，导流孔2朝向第二侧面的一端向流体分配器100的周围分散，偏离流体分配器100的中心，也可以相对于水平面具有多个角度。

本实用新型实施例的流体分配器100的流体分配器本体1可以采用模具制造，但由于具体的导流孔2的设置是多变的，开模费用较高，因此，可采用增材制造方法制造，例如三维打印以及注塑技术等。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种流体混合装置，包括用于容纳流体的容器，容器内设有上述中任一项的流体分配器100。

本实用新型实施例的流体混合装置，包括用于容纳流体的容器，由于容器内设有上述中任一项的流体分配器100，因此具有同样的技术效果，即，可分配流体的流向和调整流速，有效控制剪切应力，提高混合效率，减少混合时间。

需要说明的是，本实用新型实施例的流体混合装置，可以是应用在细胞培养的装置中，以提高细胞和营养液的混合速度；也可以是应用在工业生产中需要流体混合的装置中，例如进行萃取、高分子聚合、气液化学反应、发酵过程等的装置。

示例地，如图22所示，为一种细胞培养装置，包括用于容纳细胞和培养液的容器200，容器200内设有上述中任一项的流体分配器100，流体分配器100将容器200内分割成细胞培养区201和营养液供给区202，流体分配器100的第一侧面11朝向细胞培养区201，流体分配器100的第二侧面12朝向营养液供给区202，营养液供给区202的营养液通过流体分配器100的导流孔2流入细胞培养区201内。

上述细胞培养装置，根据需要也可以设置多个上述的流体分配器100，参照图22，设置了两个流体分配器100，其中一个为导流孔2截面呈树枝状，以均匀分散营养液，另一个可为多个导流孔2按一定规律排列或设置呈一定的形状结构，以实现对应功能。另外，上述细胞培养装置，可以应用在多种不同细胞的培养中或应用在不同的设备内部，例如，如图23所示，为一种细胞培养的流化床，包括用于细胞培养的容器200，容器200内设有流体分配器100，流体分配器100的上方为细胞培养区201，下方为营养液供给区202，营养液供给区202通过管道连通有营养液储罐300、营养液泵400，细胞培养区201通过管道与营养液储罐300的回收口连通。通过营养液泵400将营养液储罐300的营养液泵入流体分配器100下方的营养液供给区202，进而通过流体分配器100分配给细胞培养区201的细胞生长。

示例地，为了进一步提高流体混合装置的混合速度，如图24所示，为设有流体分配器100的一种流体混合器，包括容纳流体的腔体500，腔体500内设置流体分配器100，流体分配器100可被驱动，沿引导杆600在腔体500内上下垂直运动，这样，使腔体500内的流体不断的往复穿过流体分配器100的导流孔2内，可以提高流体的混合速度，同时，通过不同结构的流体分配器100，可实现不同的效果。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种流体分配器，其特征在于，包括流体分配器本体，所述流体分配器本体具有相对的第一侧面和第二侧面，所述流体分配器本体内设有多个导流孔，所述导流孔的两端的开口分别位于所述第一侧面和所述第二侧面上，位于所述流体分配器本体的所述第一侧面一侧的流体可通过多个所述导流孔流动至所述流体分配器本体的所述第二侧面的一侧；

所述导流孔的靠近所述第一侧面一端的开口直径大于或小于所述导流孔的靠近所述第二侧面一端的开口直径；

或者，所述导流孔的靠近所述第一侧面和所述第二侧面的开口直径大于或小于所述导流孔中部的直径。

2.根据权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，所述第二侧面的中部向内凹陷，呈半球形凹面。

3.根据权利要求1所述的流体分配器，其特征在于，所述第二侧面一一对应多个所述导流孔沿所述导流孔延伸方向设有多个导流管，所述导流管的侧壁沿延伸方向分布有多个导流管开口。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的流体分配器，其特征在于，所述导流孔包括第一导流孔，所述第一导流孔的第一端的开口位于所述第二侧面上，第二端的开口连通有多个第二导流孔，多个所述第二导流孔沿所述第一导流孔的延伸方向倾斜发散设置，且多个所述第二导流远离所述第一导流孔一端的开口位于所述第一侧面上。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的流体分配器，其特征在于，每个所述导流孔位于所述第一侧面和所述第二侧面上的开口均为多个，且所述多个开口在所述导流孔的中部连通。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的流体分配器，其特征在于，多个所述导流孔靠近所述第二侧面的一端均与所述第一侧面呈第一角度倾斜，并朝向所述流体分配器本体的中心设置，且多个所述导流孔位于所述第二侧面上的开口呈螺旋分布。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的流体分配器，其特征在于，多个所述导流孔靠近所述第二侧面的一端均与所述第一侧面呈第二角度倾斜，并远离所述流体分配器本体的中心的朝向周围设置。

8.一种流体混合装置，包括用于容纳流体的容器，其特征在于，所述容器内设有权利要求1～7中任一项所述的流体分配器。