CN211847979U - 磁场催化二氧化碳培养箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了磁场催化二氧化碳培养箱，属于轻工设备技术领域。本实用新型的磁场催化二氧化碳培养箱包括壳体、样品腔体、磁场发生器、PLC控制装置、温度传感器、二氧化碳传感器和温度控制装置；本实用新型的磁场强度和磁场频率可调，装置内部具有大容积的置样空间，利于规模化的弱磁场相关生化培养，材料性能测试和样品保藏。本实用新型的样品腔体内的温度、磁场强度、二氧化碳浓度偏差小，例如动植物细胞代谢相关的例子通道、蛋白质修饰，细胞培养，食品发酵等，可针对性用于不同的生物、化学反应，在食品、生物、化工、医药领域具有巨大的应用前景。

Description

磁场催化二氧化碳培养箱

技术领域

本实用新型涉及磁场催化二氧化碳培养箱，属于轻工设备技术领域。

背景技术

细胞、组织、微生物等生化培养和材料性能测试需要各类外界条件的刺激才可以实现，例如光、热、声、湿、气体、电、磁等。其中，电磁场(光)、电场、磁场、声场属于矢量物理场，湿度、二氧化碳浓度和温度属于标量物理场。不同物理场之间以及它们强度和频率之间的组合搭配，对于不同生化培养，材料测试和样品保藏而言都具有特异性的效果。上述物理场都有对应的商业化科研仪器且市场已经成熟。例如，电场主要是利用其非热效应，商业应用是电化学工作站；微波场的卖点是剧烈热效应，能让含水介质迅速升温，主要商业应用是农产品加工、化学和环境专业，产品有微波反应器，微波干燥设备，微波消解仪，微波萃取仪；超声波是利用机械性的破坏效果来实现商业应用，产品有超声波细胞破碎仪，超声波清洗机；光是应用在植物，细胞，组织，种子培养和本征化学反应的催化领域，产品有光化学反应器，光照培养箱。

当前已经存在的恒温恒湿箱，高低温试验箱，生化培养箱，真空干燥箱，光照培养箱，摇床等都是基于对标量物理场的组合式应用，例如温度和湿度，温度和二氧化碳，温度和真空度，温度和光强等。磁场作为一种温和的矢量场，对于生物的生长具有一定的影响且见于众多的文献报道，这是基于生物的磁效应且研究者们推测是由于生物体内部出现的微小磁感应分子或离子电流所引起。

相对于超声波和微波，磁场作用温和，不会对生化类样品或材料产生破坏性作用；相对于光和电场，磁场的穿透性极佳，能完全作用到固态和半固体样品内部，例如固态发酵培养基，植物，动物，组织的内部。另一方面，不同的生化样品和材料，具有不同的磁导率和电导率，特别是微生物，细胞，动植物类由于自身的代谢特性，施加磁场会引起样品内部生产微小的“涡流”，从而放大宏观效果和指标参数。目前市面上没有磁场类的商业生化仪器，因此，亟待开发具有磁场叠加效应的生物或化学科研仪器。

实用新型内容

本实用新型提供了一种带磁场功能的二氧化碳培养箱，产品结构简洁，磁场强度可调，装置内部具有大容积的置样空间，提升了试验的优化效率。另外，针对温度的精确控制，采用了热风、冷风预混合的管路设计，让样品腔体内的温度偏差更小。

本实用新型的目的是提供一种磁场催化二氧化碳培养箱，包括壳体、样品腔体、磁场发生器、PLC控制器、温度传感器、二氧化碳传感器和温度控制装置；所述样品腔体设置在壳体的内部；所述磁场发生器产生静磁场，并使所述样品腔体的内部空间处于磁场发生器产生的磁场环境内；所述PLC控制器控制温度控制装置和磁场发生器工作；所述温度控制装置包括空气加热器和制冷压缩机；所述空气加热器和制冷压缩机在PLC控制器的控制下对通向样品腔体的空气进行加热和/或制冷；所述磁场发生器包括直流电源和亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈与直流电源连接，可产生出磁场强度为0-20mT、频率为0Hz的静磁场；所述温度传感器、二氧化碳传感器设置于样品腔体内部，检测样品腔体内的温度、二氧化碳浓度，并将温度、二氧化碳浓度信号传递至PLC控制器。

在一种实施方式中，样品腔体的其中一面设置可开合的可视门，便于观察培养过程的样品状态；并在壳体的相应位置上设置培养箱门；所述可视门的材料具有透明度，包括但不限于玻璃、PC板或具有透光性的树脂。

在一种实施方式中，箱门边缘设置密封圈，箱门上可设置把手。

在一种实施方式中，所述亥姆霍兹线圈设置在样品腔体外围，或对称设置在样品腔体相对的两端外侧，使线圈的中轴线与样品腔体重合。

在一种实施方式中，所述温度控制装置包括空气加热器和制冷压缩机；所述空气加热器和制冷压缩机在PLC控制器的控制下对空气进行加热或冷却，使样品腔体的温度控制为-20～ 80℃。

在一种实施方式中，磁场催化二氧化碳培养箱还设置稳压器，与直流电源连接，用于维持电压稳定。

在一种实施方式中，所述样品腔体上设置有进风口和出风口，并设置风扇加速样品腔体内部的空气循环；可选地，进风口和出风口分别位于近样品腔体的上端和下端。

在一种实施方式中，所述进风口与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器和制冷压缩机连接，使从制冷压缩机送出的冷风和经空气加热器加热后的热风在总管内进行预混合，通过进风口进入样品腔体内部；可选地，“Y”形进气管道的支管和总管上均设置流量控制阀，用于调控气体的流量。

在一种实施方式中，所述进气管道旁设置独立的二氧化碳管道，分别与进气口及二氧化碳储罐连接。

在一种实施方式中，样品腔体内部设置温度传感器，检测样品腔体内的温度，并将温度信号传递至PLC控制器。

在一种实施方式中，样品腔体内部设置照明灯和紫外灯，照明灯用于放置样品或取样时的照明；紫外灯用于样品腔体内部的杀菌。

在一种实施方式中，样品腔体的材质为不导磁的奥氏体不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；样品腔体外部设置保温隔离层，所述保温隔离层由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成，实现保温作用；复合型发泡剂填充材料可选用聚氨酯塑料，铁板的层数可以为1-5层，每层铁板厚度1-3mm，复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。

在一种实施方式中，所述样品腔体内部设置一层或多层的隔板，用于放置样品容器；所述隔板采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成，不影响样品区域的磁场分布。

在一种实施方式中，所述隔板可替换为容器架，包括但不限于试管架、摇瓶支架。

在一种实施方式中，所述壳体上设置运行指示灯及触屏输入设备，并与PLC控制器连接，指示灯用于指示磁场催化二氧化碳培养箱的运行状态，触屏输入设备用于设置PLC控制器所需的参数。壳体底部设置万向轮，便于箱体的移动。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型通过在样品腔体两侧设置线圈，使样品腔体完全处于均匀磁场的环境内，同时对样品腔体内部设置多层隔板或容器架，可实现大容积置样，利于规模化的弱磁场相关生化培养，材料性能测试和样品保藏；

2、本实用新型具有特异性的送风管路，可准确调控样品腔体内的温度，使样品腔体内的温度偏差小，有助于实现可重复性的试验；

3、本实用新型通过设置可视门，便于取样和补料，并可通过在可视门关闭状态下对培养过程直接观察且不对生化环境产生干扰，实现连续的过程观察和监测；

4、本实用新型通过PLC控制器对培养进行控制，可实现温度、二氧化碳等参数的实时监测和自动控制。

附图说明

图1为本实用新型磁场催化二氧化碳培养箱的结构示意图；

图2为本实用新型磁场催化二氧化碳培养箱沿图1所示结构图A-A部的剖视结构示意图；

图3为本实用新型磁场催化二氧化碳培养箱的结构示意图；

其中，1，稳压器；2，直流电源；3，亥姆霍兹线圈；4，样品腔体；5，隔板；6，保温隔离层；7，温度传感器；8，二氧化碳传感器；9，空气加热器；10，制冷压缩机；11，进风口；12，PLC控制器；13，壳体；14，出风口。

图4为一种实施方式下的磁场催化二氧化碳培养箱PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例。

图5为磁场催化二氧化碳培养箱的继电器连接示意图。

具体实施方式

为使得本实用新型实现上述目的、特征和优点且能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～5所示，本实用新型涉及的包括壳体13、样品腔体4、磁场发生器、PLC控制器 12、空气加热器9和制冷压缩机10。所述样品腔体4设置于壳体13内部，样品腔体4的其中一面设置可开合的可视门，便于观察培养过程的样品状态；并在壳体13的相应位置上设置培养箱门，箱门边缘设置密封圈，避免空气或水分泄漏；箱门上可设置把手，便于箱门的开启或关闭。所述磁场发生器设置在壳体13内部，包括亥姆霍兹线圈3和直流电源2，所述亥姆霍兹线圈3对称设置在样品腔体4相对的两端外，使线圈的中轴线与样品腔体4重合；亥姆霍兹线圈3与直流电源2连接；可产生磁场强度为0-5mT，频率为0Hz的静磁场。

在样品腔体4内部增设二氧化碳传感器8，并在进气口增设与二氧化碳气瓶连接的二氧化碳进气管道。所述二氧化碳进气管道上设置控制阀门，受PLC控制器12控制，用于调节二氧化碳的进气流量。

所述样品腔体4上设置有进风口11和出风口14，并设置风扇加速样品腔体4内部的空气循环；可选地，进风口11和出风口14分别位于近样品腔体4的上端和下端。样品腔体4的材质为不导磁的奥氏体不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；样品腔体4外部设置保温隔离层6，所述保温隔离层6由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成，实现保温作用；复合型发泡剂填充材料可选用聚氨酯塑料，铁板的层数可以为1-5层，每层铁板厚度1-3mm，复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。

所述进风口11与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器9和制冷压缩机10连接，使从制冷压缩机10送出的冷风和经空气加热器 9加热后的热风在总管内进行预混合，通过进风口11进入样品腔体4内部。“Y”形进气管道的支管和总管上均设置流量控制阀，用于调控气体的流量。

稳压器1设置在壳体13内近底部，与直流电源2连接和/或制冷压缩机10，用于维持电压的稳定。所述壳体13采用铁板制成，实现外磁场屏蔽，满足国标GB 8702-2014电磁环境控制限值。

所述温度传感器7设置于样品腔体4内部，用于检测样品腔体4内的温度，并将温度信号回传至PLC控制器12；所述PLC控制器12控制空气加热器9、制冷压缩机10、直流电源 2和二氧化碳流量阀工作。本实用新型的PLC控制器12在实现本实用新型功能时所需的控制程序均为现有技术已公开并广泛使用的通用程度，不涉及对程序本身的改进。

可选地，所述亥姆霍兹线圈3通过框架与样品腔体4固定。为达到20mT甚至更高的磁场强度，可适当增强通过亥姆霍兹线圈4的电流或增加亥姆霍兹线圈匝数。

可选地，样品腔体4未封闭的区域设置玻璃门；样品腔体4内部设置照明灯和紫外灯，照明灯用于放置样品或取样时的照明；紫外灯用于样品腔体4内部的杀菌。样品腔体4内部还设置一层或多层隔板5，用于放置样品容器；所述隔板5采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成，不影响样品区域的磁场分布。

可选地，所述隔板5可替换为容器架，包括但不限于试管架、摇瓶支架。

可选地，所述壳体13上设置运行指示灯及触屏输入设备，并与PLC控制器12连接，指示灯用于指示磁场催化二氧化碳培养箱的运行状态，触屏输入设备用于设置PLC控制器12 所需的参数。壳体13底部设置万向轮，便于箱体的移动。

本实用新型的工作原理为：开启箱体电源，对实验所需的参数条件(例如温度、二氧化碳浓度、磁场强度、运行时间等)进行设定；空气加热器9和制冷压缩机10运行，分别制备热空气和冷空气，并通过进气管道进入至样品腔体4内；温度传感器7实时监测样品腔体4内的温度并将温度信息回传至PLC控制器12；根据设定的二氧化碳浓度，调节二氧化碳流量阀，使样品腔体4内部的二氧化碳浓度达到设定值，保持二氧化碳阀门开停至设定位置；当样品腔体4内的温度低于设定温度时，PLC控制器12通过控制空气流量提高进气管道中热空气的含量，达到提高样品腔体4内温度的作用；当样品腔体4内的温度高于设定温度时，PLC控制器12提高进气管道中的冷空气含量，使样品腔体4内的温度降低至设定温度。当二氧化碳传感器8检测到样品腔体4内的二氧化碳浓度低于设定值时，PLC控制器12控制二氧化碳阀门流量增加，提高二氧化碳的进气流量，增加样品腔体4内的二氧化碳浓度，反之则调低进气流量，减小样品腔体4内部的二氧化碳浓度。PLC控制器12未设定磁场参数时，不运行磁场发生器；当磁场设置为静磁场时，运行直流电源2直至磁场达到设定强度并保持该水平运行。培养过程中PLC控制器12持续运行，直至结束。磁场催化二氧化碳培养箱可适用于单段或多阶段的培养过程，并可对时间进行记录。开始前或结束后，可开启紫外灯对样品腔体4内部进行紫外灭菌。

本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡是在本实用新型构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，包括壳体、样品腔体、磁场发生器、PLC控制器、温度传感器、二氧化碳传感器和温度控制装置；所述样品腔体设置在壳体的内部；所述磁场发生器产生静磁场，并使所述样品腔体的内部空间处于磁场发生器产生的磁场环境内；所述PLC控制器控制温度控制装置和磁场发生器工作；所述温度控制装置包括空气加热器和制冷压缩机；所述空气加热器和制冷压缩机在PLC控制器的控制下对通向样品腔体的空气进行加热和/或制冷；所述磁场发生器包括直流电源和亥姆霍兹线圈，亥姆霍兹线圈与直流电源连接，可产生出磁场强度为0-20mT的静磁场；所述温度传感器、二氧化碳传感器设置于样品腔体内部。

2.根据权利要求1所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈设置在样品腔体外围，或对称设置在样品腔体相对的两端外侧。

3.根据权利要求1或2所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，还设置稳压器，稳压器与直流电源连接。

4.根据权利要求3所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，样品腔体上设置有进风口和出风口；所述进风口与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器和制冷压缩机连接，总管与进风口连接；特别地，所述进气管道旁设置独立的二氧化碳管道，分别与进气口及二氧化碳储罐连接。

5.根据权利要求4所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，样品腔体的其中一面设置可开合的可视门，并在壳体的相应位置上设置培养箱门；所述可视门的材料具有透明度，包括但不限于玻璃、PC板或具有透光性的树脂。

6.根据权利要求5所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，样品腔体的材质为不导磁的奥氏体不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；样品腔体外部设置保温隔离层，所述保温隔离层由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成。

7.根据权利要求6所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，所述复合型发泡剂填充材料为聚氨酯塑料；所述铁板的层数为1-5层，每层铁板厚度1-3mm，铁板之间填充的复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。

8.根据权利要求7所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，样品腔体内部设置一层或多层的隔板或容器架；所述隔板采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成；所述容器架包括试管架、摇瓶支架。

9.根据权利要求8所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，所述壳体上设置运行指示灯及触屏输入设备，并与PLC控制器连接；壳体底部设置万向轮。

10.根据权利要求4～9任一所述的磁场催化二氧化碳培养箱，其特征在于，样品腔体内设置紫外灯和/或照明灯。

Images