CS265472B1

CS265472B1 - Laboratory fermentor

Info

Publication number: CS265472B1
Application number: CS864778A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Sramek; Vilem Ing Schon
Original assignee: Jaroslav Sramek; Vilem Ing Schon
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS477886A1; DE3818727A1

Abstract

The invention relates to laboratory fermenters with a drive for the stirring mechanism of the culture vessel which is accommodated inside an autoclave. The laboratory fermenter contains a culture vessel (2) consisting of a casing (6) and end plates (5). Situated in the culture vessel (2) is a rotary stirring mechanism (3) which is fastened together with the rotor (8) of the drive motor via a common shaft. Outside the culture vessel (2), the stator (7) of the motor is arranged and connected to a feed unit (11). The stator (7) is provided with electromagnets (10), the pole shoes of which are positioned in a mirror-inverted manner to the pole shoes of the magnets (9) arranged on the rotor (8). The pole shoes of the magnets (9) are arranged on at least one circle and orientated on the end side. <IMAGE>

Description

(57) Řešení se týká laboratorních fermentorů s pohonem pro míchadlo kultivační nádoby, umístěné v autoklávu. Laboratorní fermentor je tvořen kultivační nádobou tvořenou pláštěm a Čelními plochami a uvnitř kultivační nádoby je umístěno rotační míchadlo, které je upevněno na společné hřídeli s rotorem krokového motoru. Vně kultivační nádoby je uložen stator, který je připojen k napájecí jednotce. Na statoru jsou umístěny elektromagnety, s pólovými nástavci uspořádanými zrcadlově k pólovým nástavcům magnetů, uloženými na rotoru. Pólové nástavce magnetů jsou uspořádány do kruhu a čelně orientovány.(57) The solution concerns laboratory fermenters powered by an agitator of a culture vessel, placed in an autoclave. The laboratory fermenter consists of a culture vessel consisting of a mantle and end faces, and inside the culture vessel a rotary stirrer is mounted, which is mounted on a common shaft with the rotor of the stepper motor. A stator is mounted outside the culture vessel and connected to a power supply unit. Electromagnets are placed on the stator, with the pole pieces arranged mirror-like to the pole pieces of the magnets mounted on the rotor. The pole pieces of the magnets are arranged in a circle and face oriented.

CS 265 472 B1CS 265 472 B1

Obr. 1Giant. 1

Vynález se týká laboratorního fermentoru, který se sterilizuje tlakovou parou v autoklávu. U stávajících fermentorů se pro homogenizaci a distribuci plynů v médiu používají míchadla, zpravidla rotačního typu.The invention relates to a laboratory fermenter which is sterilized by pressure steam in an autoclave. In existing fermenters, agitators, typically of the rotary type, are used to homogenize and distribute gases in the medium.

Při konstrukci pohonu těchto rotačních míchadel u laboratorních fermentorů je třeba současně zajistit spolehlivý přenos otáček motoru z nesterilního prostředí do vnitřního prostoru kultivační nádoby, odolnost vůči vysoké teplotě vznikající při sterilizaci nádoby a také odolnost proti chemickým vlivům za současného použití materiálů, které v podmínkách kultivace neuvolňují chemikálie, způsobující inhibici kultivovaných mikroorganismů.When designing the rotary agitators for laboratory fermenters, it is necessary to ensure reliable transfer of engine speed from non-sterile environment to the interior of the cultivation vessel, resistance to high temperature resulting from the sterilization of the vessel, and resistance to chemical influences. chemicals causing inhibition of cultured microorganisms.

Jeden ze známých způsobů částečně řešících uvedené požadavky využívá motorového pohonu, jehož výstupní hřídel prochází dnem, nebo víkem kultivační nádoby a autoklávu. Tato hřídel musí být spolehlivě utěsněna, což se zpravidla provádí mechanickou ucpávkou. Ucpávky vystavené při sterilizaci vysokým teplotám a chemickým vlivům však mají omezenou životnost, která je zdrojem častých poruch.One known method to partially address these requirements utilizes a motor drive whose output shaft extends through the bottom or lid of the culture vessel and autoclave. This shaft must be reliably sealed, which is usually done by a mechanical seal. However, seals exposed to high temperatures and chemical influences have a limited service life, which is a source of frequent disturbances.

Dále je znám pohon, používající к přenosu točivé síly magnetické spojky. Stejnosměrný motor je spojen zpravidla přes převody pro redukci otáček s jednou částí magnetické spojky, jejíž druhá část s upevněným míchadlem je uložena uvnitř kultivační nádoby.Furthermore, a drive is known which uses the magnetic coupling to transmit the torque. As a rule, the DC motor is connected via a gear reducer to one part of the magnetic coupling, the other part of which is fitted with an agitator mounted inside the culture vessel.

Nedostatky tohoto pohonu jsou dány zvýšenými nároky motoru na prostor, přičemž je nutná úprava na výstupní hřídeli. Používá se různých převodů například klínových, zubových, apod.The drawbacks of this drive are due to the increased space requirements of the engine, and adjustment to the output shaft is required. Various gears such as wedge, gear, etc. are used.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje laboratorní fermentor podle vynálezu, který obsahuje kultivační nádobu, tvořenou pláštěm, zpravidla válcovým a dvěma čelními plochami. Ty jsou tvořény alespoň částečně z paramagnetického a elektricky nevodivého materiálu. Dále obsahuje rotační míchadlo. Podstatu vynálezu tvoří u čelní plochy rotor krokového motoru, spojený s míchadlem a opatřený čelně orientovanými a do kruhu uspořádanými pólovými nástavci magnetů. Stator krokového motoru je uložen vně kultivační nádoby a je opatřený elektromagnety, jejichž pólové nástavce jsou uspořádány zrcadlově к pólovým nástavcům magnetů rotoru.The above-mentioned drawbacks are overcome by the laboratory fermenter according to the invention, which comprises a culture vessel consisting of a jacket, generally cylindrical and two end faces. These are formed at least partly of a paramagnetic and electrically non-conductive material. It further comprises a rotary mixer. The present invention is based on a stepper motor rotor coupled to a stirrer and provided with front-facing and circularly arranged magnet pole pieces. The stepper motor stator is mounted outside the culture vessel and is provided with electromagnets, the pole pieces of which are arranged mirrored to the pole pieces of the rotor magnets.

Výhody laboratorního fermentoru podle vynálezu spočívají v tom, že umožňuje míchání média během sterilizace parou v autoklávu, což je umožněno malými rozměry pohonu a jeho konstrukčním provedením z materiálů odolných vůči prostředí o teplotě do 130 °C a tlaku páry 0,2 MPa. Další výhodou je možnost regulace otáček bez zpřevodování, od nuly, pouze změnou frekvence statorových impulzů. Z jednoduché konstrukce motoru plyne menší poruchovost a při napájecím napětí do 24 V i bezpečný provoz. Krokový motor lze kompletovat pouhým přiložením statoru na čelní plochu kultivační nádoby s vestavěným rotorem. Může pracovat i ve výbušném prostředí.The advantages of the laboratory fermenter according to the invention are that it allows mixing of the medium during autoclave steam sterilization, which is made possible by the small dimensions of the drive and its construction made of materials resistant to ambient temperatures up to 130 ° C and steam pressure of 0.2 MPa. Another advantage is the possibility of speed control without gear conversion, from zero, only by changing the frequency of the stator pulses. The simple design of the motor results in lower failure rates and safe operation at a supply voltage of up to 24 V. The stepper motor can be assembled by simply placing the stator on the front of the cultivation vessel with a built-in rotor. It can also work in explosive environments.

V obrazové příloze je na obr. 1 znázorněn příklad konkrétního provedení laboratorního fermentoru podle vynálezu, na obr. 2 příklad uspořádání statoru a rotoru pohonné jednotky rotačního míchadla a na obr. 3 blokové schéma napájecí jednotky včetně připojení ke statoru krokového motoru.1 shows an example of a particular embodiment of a laboratory fermenter according to the invention, FIG. 2 shows an arrangement of a stator and a rotor of a rotary stirrer drive unit, and FIG. 3 shows a block diagram of a feed unit including a stepper stator connection.

Laboratorní fermentor je tvořen kultivační nádobou £ umístěnou v autoklávu £. Kultivační nádoba £ se skládá z pláště £, uzavřeného po obou stranách čelními plochami £ a uvnitř je umístěno rotační míchadlo £, které je upevněno na společné hřídeli 4. s rotorem £ krokového motoru. Vně kultivační nádoby, pod čelní plochou £, je uložen stator £, který je pomocí elektrického kabelu 11 připojen к napájecí jednotce 12. Na statoru 7 jsou umístěny elektromagnety 10 s pólovými nástavci a na rotoru £_rmagnety £ s pólovými nástavci. Napájecí jednotka 12 je tvořena generátorem impulzů, který obsahuje usměrňovač 17, oscilátor £3, fázovací a spouštěcí obvod 14 a dva bistabilní klopné obvody £5. Jeden bistabilní klopný obvod 15 s výkonovými spínači £6, zapojenými do obvodů vinutí elektromagnetů 10 statoru 1_ tvoří vždy jeden ze dvou napájecích okruhů.The laboratory fermenter consists of a culture vessel 6 placed in an autoclave 6. The cultivation vessel 4 consists of a casing 5 closed on both sides by the end faces 6 and a rotary stirrer 6 is mounted inside and is mounted on a common shaft 4 with the rotor 6 of the stepper motor. Outside culture vessel, below the front face £, £ is mounted a stator which is connected via an electrical cable 11 connected к supply unit 12. The stator electromagnets 7 are arranged with a pole piece 10 and the rotor £ _r £ magnets with pole extensions. The power supply unit 12 is a pulse generator comprising a rectifier 17, an oscillator 43, a phasing and tripping circuit 14, and two bistable flip-flops 85. One bistable flip-flop 15 with power switches 66 connected to the winding circuits of the stator electromagnets 10 each constitutes one of the two supply circuits.

Řešení podle vynálezu vychází z principu krokových motorů v kombinaci s rotorem £ osazeným magnety £. Z generátoru impulsů jsou v přesné časové posloupnosti vysílány statorové impulsy. První statorový impuls vytvoří v elektromagnetech 10 prvního okruhu magnetické pole, které pootočí rotorem £ o vzdálenost rovnou polovině šířky £. V době trvání prvního statorového impulsu je do vinutí elektromagnetů 10 druhého okruhu vyslán statorový impuls, který způsobí dotočení rotoru £ o celou šířku magnetu £. Pak následuje první statorový impuls, který v elektromagnetech 10 prvního okruhu změní orientaci jejich magnetických polí, která v součinnosti s magnetickými póly magnetů £ způsobí další pootočení rotoru £. Druhý statorový impuls opačného smyslu pak cyklus otáčení uzavírá. Vysláním čtyř ipulsů se tak rotor £ posune vůči statoru £ o vzdálenost přibližně rovnou dvojnásobku šířky magnetu £. Rychlost otáčení rotoru £ se reguluje změnou frekvence statorových impulsů a smysl otáčení rotoru £ se řídí změnou jejich fáze. ·The solution according to the invention is based on the principle of stepping motors in combination with a rotor 6 fitted with magnets 6. The stator pulses are transmitted from the pulse generator in a precise time sequence. The first stator pulse generates in the electromagnets 10 of the first circuit a magnetic field which rotates the rotor 6 a distance equal to half the width 6. During the duration of the first stator pulse, a stator pulse is sent to the windings of the second circuit electromagnets 10, which causes the rotor 6 to rotate the full width of the magnet 6. This is followed by a first stator pulse which in the first circuit electromagnets 10 changes the orientation of their magnetic fields, which, in conjunction with the magnetic poles of the magnets, causes the rotor to rotate further. The second stator pulse of the opposite direction closes the rotation cycle. Thus, by sending four pulses, the rotor 6 is displaced relative to the stator 6 by a distance approximately equal to twice the width of the magnet 6. The speed of rotation of the rotor 6 is controlled by changing the frequency of the stator pulses and the direction of rotation of the rotor 6 is controlled by changing their phase. ·

Elektromagnety 10 statoru £ jsou v konkrétním případě tvořeny elektromagnety s jedním funkčním pólovým nástavcem. Pak jsou elektromagnety 10 jednotlivých okruhů rozděleny do dvojic, spojených vinutím, tak, aby jejich pólové nástavce byly vždy opačně magneticky orientovány.The solenoids 10 of the stator 6 are, in a particular case, solenoids with one functional pole piece. Then, the solenoids 10 of the individual circuits are divided into pairs connected by winding, so that their pole pieces are always magnetically opposed.

Jádra elektromagnetů 10 jsou složena z transformátorových plechů, které omezí ztráty vířivými proudy při vyšších otáčkách motoru.The cores of the electromagnets 10 are composed of transformer plates that reduce eddy current losses at higher engine speeds.

Elektromagnety statoru £ mohou být rozděleny do více než dvou okruhů.The stator electromagnets 6 can be divided into more than two circuits.

Magnety 9 rotoru £ mohou být vytvořeny jako elektromagnety, nebo jako permanentní magnety.The magnets 9 of the rotor 6 can be designed as electromagnets or permanent magnets.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A laboratory fermenter comprising a culture vessel consisting of a mantle and two end faces, at least one of which is at least partially formed of a paramagnetic and electrically non-conductive material and further comprising a rotary agitator, characterized in that the rotary agitator (13) is connected to the rotor (8). a stepper motor (4), the rotor (8) with the magnets (9) with the frontal and circularly arranged pole extensions of the magnets (9) being located at the front face (5) of the cultivation vessel (2), the stator (7) the pole pieces arranged mirror-like to the pole pieces of the magnets (9) of the rotor (8) are mounted outside the culture vessel (2).