变容式多功能生物培养机的制作方法

专利名称：变容式多功能生物培养机的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种食用菌、药用菌液体菌种培养装置。尤其是能适应不同培养容量变化的培养机，并且还可作为固体培养的培养箱、蒸汽压力消毒器、干燥箱、超净工作台使用，该设备广泛用于各类菌厂、生物制药、生物组培、生物(微生物)试验室等领域。
背景技术：
目前，公知的液体菌种培养器(发酵罐)，是由供气、过滤、温控、搅拌、加热冷却、培养罐、管路各系统组成。罐体内的培养液经灭菌接种后通过不断供气、溶氧、搅拌而形成液体菌种。但是其培养罐只能培养一定容量的菌种，培养容量变化幅度小，机型多种。如常有30升、50升、60升、80升、100升等不同型号，一机一型，不能随生产要求，灵活地改变培养容量，同时菌种在培养罐内分布不匀。接种时，前后菌种密度不同，影响产品质量。此外，在培养过程中意外停电等负压情况下，虽然能自动保压，但防菌灭菌效果差，常导致培养失败，即自动灭菌保压效果差。另外在生产的不同阶段，其它环节上又常常需要超净工作台、培养箱、干燥箱、蒸汽压力消毒器与其配套使用。而目前的培养器(发酵罐)功能单一、一机一用，难以起到上述作用。

发明内容
为了克服现有的液体菌种培养器，培养的容量变化幅度不大，培养出的菌种密度分布不均。负压情况下不能自动灭菌保压。培养器功能单一的不足。本实用新型提供一种变容式多功能生物培养机。该培养机不仅能使培养的容量在1——100升范围内按生产要求变化培养，同时，也能使培养出的菌种分布均匀，前后密度相同。并且在负压情况下，能自动杀菌保压。另外，又可为生产的其它环节不同阶段提供配套机器，如超净工作台、干燥箱、培养箱、饱和蒸汽压力消毒器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一、系统组合首先是将各系统以模块方式组合，分成接种柜、培养柜两大部分。两柜通过气路、电路相连，阀式结合，可分可合。接种柜内置气水分离器、电磁式空气压缩机、空气过滤器、空气均分器、操作控制面板、工作台。培养柜带有保温层，培养柜内置培养罐、灭菌保压盒及可移式罐体底支柱。
其次是培养罐分为罐盖、罐体、夹套、加热器、十字形分气管、滑道气管、浮力环、伸缩提流管。
二、搅拌系统在供气系统配合下，浮力环、伸缩提流管、十字分气管，下分流头、滑道气管，共同构成搅拌系统。
浮力环可以根据培养容量的多少，随着培养液液位的高低带动伸缩提流管升降，以使其高度达最佳提流位置。
当气体通过滑道气管，十字分气管、伸缩提流管及下分流头顺序进入培养液后，在培养液内形成平流、垂直流、分流、散流、射流、提流，共同形成环流，从而使溶氧充分、搅拌均匀。其有益效果是使培养容量按生产要求，随时可以确定。同时使菌种分布均匀，并且，接种前后菌种密度一致，提高了质量。
该系统具体结构如下1、在罐中心内置一垂直方向，外壁带有凹槽的滑道导气管。该管上端同水平方向的导气管以螺纹管相连接，通于罐外供气管路上，该管下端通过水平方向两平行导水管中间，并通过拉杆螺栓相连固定，该管底端出口同水平十字分气管中心上的垂直螺纹管相连。滑道气管通过上下两端螺纹管可以旋进转出调节高度。
2、十字分气管是由十字螺纹管的各分管连结直角分气管构成。十字螺纹管中心连接一垂直螺纹管。各直角分气管，同十字螺纹管可旋进转出，直角端为出口端，并置有外螺纹，其各端出口分别对置于下伞形分流头及提流管下端的中心轴线上。
3、下伞形分流头内置拉板螺母，同十字分气管出口端相连。拉板螺母一端同下分流头内缘相连接，另一端同螺母相连接，螺母在下分流头中心轴线上。下伞形分流头，同十字分气管直角出口端可旋进转出。下伞形分流头外缘通过拉杆螺栓同提流管下节外缘相连接，并可调节二者间的距离。
4、伸缩提流管由多个异径管节搭连密封而成塔形。异径管上下可以升降。最上端的异径管上有上分流口及上分流头。异径节每节上沿内扣缝并置环状自紧弹簧于其内，每节下沿外扣缝并置弹性涨力圈于其内。上下两节里外沿搭连密封。
5、上分流头上分流头伞形漏斗式空腔，内置三分之二盐水密封，上伞面有注液孔，由螺钉密封。二次提流管穿过空腔，上端于伞面持平相连，下端有外螺纹丝扣。上分流口喇叭形，内置拉板螺母，同上分流头二次提流管以螺纹相连，可以旋转升降。调整上分流口同上分流头之间间隙。上分流头具有浮力、重力、平衡力作用。上分流头直径大于上分流口的直径，使其提出的液体散流后不能沿伞面流回上分流口内。
6、伸缩提流管中的上分流口外缘有拐形拉杆螺栓同浮力环相连。拐形拉杆螺栓是由水平拉杆螺栓通过拐形螺纹管与垂直拉杆螺栓相连而成。拉杆上下、左右可旋进转出以调节水平方向的提流管位置及垂直方向浮力环位置。
7、浮力环圆环形空腔密封，内置三分之二盐水，上缘有注液孔通过螺钉密封。浮力环内径有定向拉板，其板中间有空心套圈，圈内置滚珠。浮力环上下可以升降，并且可以定向。浮力环具有浮力、重力、平衡力的作用。
三、加热冷却系统在温控系统配合下由夹套、垂直蒸汽导管、水平蒸汽导管、进水阀、出水阀、水位管、加热器、压力表、安全阀、排气阀、温度传感器共同构成。
加热器在对罐内物加热升温同时，也对夹套内的夹层水进行加热升温。并可产生蒸汽。
夹层水产生的蒸汽通过垂直蒸汽导管，于供气管路相连通，使蒸汽即可通入罐内，对培养液灭菌(或其它固体灭菌)。又可通过水平蒸汽导管对罐外的精过滤器，接种管路灭菌。
夹层水、加热器通过热传导、辐射、饱和蒸汽的作用，不但增加了加热升温的对象，而且扩大了加热灭菌的范围，另外夹层水可以起保温作用，通入冷却水又可以起降温作用。
其有益效果是增加了罐体用途、起到了多功能作用，为生产的不同阶段其它环节提供了饱和蒸汽压力消毒器、干燥箱、培养箱的效果。
其具体结构如下在培养罐上外置夹套于罐体三分之二下，但不包连罐底。罐体内置水平方向两平行导水管，其管两端的管壁穿过罐体，与罐体密封，并与夹层水相连通。加热管一端穿过夹套通向导水管，另一端同夹套以螺纹管形式相密封。加热管、导水管共同构成加热器。
夹套上端设有垂直蒸汽导气管，管上置阀门，同供气管路相连。夹套上端外壁置水平蒸汽导气管，管上置阀门，通过移位接种管路，与精过滤器相连。另外，在夹套上端还设有加水水位管、排气阀、安全阀、压力表、进水阀、出水阀。
温度传感器的套管，穿过夹套通入罐内，密封。其外接电路及加热管外接电路、电磁式空气压缩机外接电路共同连接在由XMTD数显温控器、JS14S时间继电器等电器元件组成的电路控制面板上。
四、供气过滤及空气均分器气流经空气压缩机由管路经气水分离器、气体流量计、阀门、空气精过滤器、阀门顺序通入培养罐内成为供气主管路。
在精过滤器于培养罐间的供气主管路上，通过阀门依次引出二条支路1.通向空气均分器的管路2.于垂直蒸汽管路相连通管路。
在各阀门控制下洁净气体可以导入培养罐中，也可导入空气均分器中。
洁净气体经导入空气均分气后，以水平流方向均分在工作台面上，形成了局部洁净的无菌空间。
其有益效果是为接种及其它环节的无菌操作提供了超净工作台。
空气均分器金字塔形，它是将洁净气体经导气管穿过金字塔形外壳，伸入空心散流球内，经散流后流向多层散流板，再次散流后被均分流向工作台面。
散流球空心，其与多层散流板通过拉杆螺栓组成小金字塔形的内塔，该内塔与外壳塔相套应，其塔底同外壳底边缘密封。
散流球、散流板上的散流孔等距等径。
五、杀菌保压在液体培养时，在罐体的上盖通过导气管连接杀菌保压盒。
正压时，气体经排气阀、导气管、保压盒的顺序由保压盒排出。负压时外界气体经此盒止住，同时保住罐的压力。
其有益效果是避免了因停电等意外情况下产生负压时，使罐内感染杂菌，而造成培养失败。
其构造如下，杀菌保压盒的盒盖、活盖密封，盒内通过隔板分两室一室为杀菌液室，另一室为气体缓冲室。杀菌液室内装高效杀菌液，装入量应不超过导气管。杀菌液内浸单向节止阀出口端，杀菌液上方有拐形导气管，置其空间，导气管入口端垂直液面，出口端通过隔板同另一室单向气阀入口端相接。气体缓冲室下置单向节止阀，其出口端通向杀菌液室，入口端通向盒外，中间置单向气阀其入口端同另一室拐形气管出口端相连，其出口端置于缓冲空间。缓冲室上置另一气阀，其入口端在室内，出口端在盒外。
管形单向气阀由多个气孔及盖在其上的弹性阀片和凹形垫片组成，并通过螺钉连接固定在气孔间的中心轴线上。
管形单向气阀内外壁均有螺纹。弹性阀片同管壁间有出气孔隙，气孔端为入口端，阀片端为出口端。
一液、二室、三阀的多层控制防止了负压时杂菌随气体回流到罐内。
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。


图1是本实用新型正视结构简图。
图2是本实用新型俯视结构简图。
图3是接种柜A-A方向的侧视结构简图。
图4是
图1D-D部分剖视图。
图5是
图1C-C部分剖视图。
图6是
图1B-B部分剖视图(杀菌保压盒)。
图7是图6E部分b向(俯视)剖视图(单向气阀)。
图8是图6E部分c向(侧视)剖视图(单向气阀)。
图9是本实用新型结构示意图。
图10是本实用新型电路原理图。
图例1 机械部分


图例2电路部分SJ 时间继电器 JS14S1-99mimFM 电子蜂鸣器SK 数显温控器 XMTD 0-150℃YJ 压力继电器 SAS 设定0.03MPQK1 自动空气开关QK2 自动空气开关QK3 自动空气开关C 交流接触器M 空气压缩机W1W2加热器L1 荧光灯L2 紫外灯FU 保险(旋式)A 带自锁按钮RK 设定保护温度具体实施方式
一、容量的变化及供气搅拌在
图1中，罐外气体由罐内水平导气管<50>送入以滑道气管<36>为中心，十字分气管<27>为基础由伸缩提流管<31>，浮力环<40>组成上下、滑动、伸缩、升降的搅拌系统。
在图9中，气体经空气压缩机<1>经管路，依气水分离器<11>、气体流量计<17>、阀门<13>、气体精过滤器<18>、阀门<49>顺序流入培养罐<30>，由排气阀<52>、杀菌保压盒<56>流出。
在
图1中，气体经水平导气管<50>，流向垂直滑道气管<36>经十字分气管<27>，同时分向相互对置的下分流头<25>，伸缩提流管<31>中，经上分流口<37>，上分流头<39>流向培养液，并在罐内形成环流，从而使菌种分布均匀，并在放料接种时菌种前后密度一致。
培养液向培养罐装入。在
图1中，打开上盖<51>或通过接种口向培养罐装入培养液，装液容量的最高液位在视镜<48>的上线与水平导气管<50>之间，不能超过水平导管<50>。
随着培养液装入，浮力环<40>随着液位升高而上浮，同时通过拐形拉杆<38>带动伸缩提流管<31>升起。
当液位高于浮力环<40>时，伸缩提流管<31>全部拉出，浮力环<40>悬浮在液面里。
当液位持平浮力环<40>时，伸缩提流管<31>全部拉出，浮力环<40>浮在液面上。
当液位低于浮力环<40>时，伸缩提流管<31>部分拉出，浮力环<40>浮在液面上。
当液位低于加热器<22>时，浮力环<40>在加热器<22>上，伸缩提流管<31>大部分压进。
当液位低于水平十字分气管<27>时，旋转在提流管<31>下的分气管<27>，使其出口朝向液面。
在图4D-D中，浮力环<40>空腔密封，上缘有注液孔<63>，其孔螺钉密封。空腔内注三分之二盐水。浮力环<40>内径有定向拉板<60>，其中心有一空心圈(空圈套在滑道气管<36>上)，圈内装有滚珠<65>(见扩大图)，于滑道气管<36>的管壁<67>中的凹槽<66>相吻合。
浮力环<40>下缘有拐形拉杆螺栓<38>，其一端同浮力环相连，另一端同喇叭形分流口<37>相连，拐形拉杆螺栓<38>拐角有直角螺纹管构成，使垂直杆可以旋进旋出，以确定提流管位置。
在图4D-D中，伸缩提流管<31>，是由多个异径节在同一轴线上构成的伸缩塔形，其上端连接上分流口<37>。异径节，每节上端内卷沿扣缝，其缝置环形自紧弹簧<68>，其下端外卷沿扣缝，其缝扣弹性涨圈<70>。上节<69>、下节<71>，上下搭接，里外密封。
上喇叭形分流口<37>，内径置拉板螺母，外缘连接拐形拉杆<38>。上伞形分流头<39>，空腔，密封，内装三分之二盐水，二次提流管<64>穿过内腔。其管下端有外螺纹同上分流口<37>内的拉板螺母相连。
在图4D-D中，十字形分气管<27>，由十字螺纹管<26>组合而成，分气管<27>出口端直角。其中，下分流头<25>内的直角有外螺纹，其同下分流头<25>内拉板螺母相连，使下分流头可旋进、转出，提流管下节外缘有拉杆螺栓<28>，同下分流头<25>相连，分气管<27>同螺纹管<26>可旋进转出。螺纹管<26>中心有垂直螺纹管，同滑道气管<36>下端底口螺纹相连，其上部有拉杆螺栓<23>，同导水管<62>相连固定。
二、灭菌、培养及杀菌保压。
在
图1中，由加热器<22>，温度传感器<20>，夹层<33>及控制面板<2>上的电路，共同构成温控系统。启动、加热、计时、报警等操作按钮在控制面板<2>上。
关闭阀门<21><43>，打开阀门<41>通过水位管<32>向夹层<33>加水至水位线，关闭阀门<41>。加水过程完成。
在图5C——C中，加热器<22>是由导水管<62>，加热管<61>组成。导水管<62>水平方向，平行穿过罐体<35>，两端出口分别各自通向夹层<33>中，使其于夹层相连通，管壁与罐体<35>相密封。加热管<61>，一端穿过夹套<34>，通入导水管<62>中，另一端于夹套<34>以螺纹管相密封，温度传感器<20>穿过夹套和罐体并通过套管密封。
灭菌在图9中，接上阀门<19><15>间的移动接种管路，并打开阀门<19><15><47><49>，关闭所有阀门，启动温控系统，调整温度在灭菌度数上(121℃——123℃)，调整灭菌时间。加热器开始加热升温。由夹层<33>加热产生饱和蒸汽，分别流向精过滤器<18>及培养罐<30>。培养罐<30>内的蒸汽，通过阀门<52>，由杀菌保压盒<56>排出。
此时可根据压力表<4><54>的压力数通过调节排气阀<14><54>进行排气，以确保灭菌的压力，并使压力表<4>的读数大于压力表<54>。
报警声响，灭菌时间到。加热器自动停止加热，关闭所有阀门。调整温控系统，使温度在培养度数上(23℃——28℃)
降温、培养在
图1中，接冷却水管于阀门<21>。接排水管于阀门<43>上，接通冷却水，打开阀门<21>，冷却水经夹水层<33>，及加热器<22>循环，并由阀门<43>排出。此时罐温下降，当罐上压力表<54>压力达到0.07MPA时，启动控制面板<2>送气系统。
在图9中送气时，当压力表<3>读数大于压力表<4>时，打开阀门<13>。当压力表<4>读数大于压力表<54>时，打开阀门<49>，气体由气泵<1>经管路依气水分离器<11>流量计<17>，精过滤器<18>流向培养罐<30>。在培养罐<30>内经搅拌系统形成环流。此时，罐温迅速下降，并根据压力表<54>压力，调整排气阀<52>，保压0.03MPA，当温度降至培养温度时，关闭冷却水及阀门<21>，并通过阀门<21>，放水至水位管<32>(
图1)上的水位线上，关闭阀门<21><43>后，进行接种，培养。培养时关闭柜门<58>，以确保环境干净及恒温。排出气体由柜上方流出。
灭菌保压在图6B-B中由培养罐排出气体经灭菌保压盒中气体缓冲室<77>里的单向节止阀<78>通过隔离板<75>，流向灭菌室<74>中，通过杀菌液<72>流出，在杀菌液室<74>滞留后，由拐形导气管<73>通过隔离板<75>流向单向气阀<76>流入气体缓冲室<77>，经滞留后由单向气阀<79>流出灭菌保压盒外。
单向气阀<76><79>构造见图7E-b，图8E-c，气体由气孔<84>，吹开弹性自关阀片<81>后流出。当负压形成时或无压时，阀片自关盖住气孔，U形垫片<83>起限位作用，阀片<81>同阀体<80>内壁间，留有气体通道，阀片<81>压在气孔<84>上，并具有弹性归位、自关作用，胶体制成。阀片<81>，U形垫片<83>由螺钉<82>固定。
三、其它功能当进行固体灭菌时，在
图1中，关闭阀门<15><49>，调整控制面板<2>温控系统，打开阀门<47>使夹层水<33>产生蒸汽通过垂直蒸汽管<46>导入水平导管<50>由滑道气管<36>进入罐内，起到了饱和蒸汽压力消毒器的作用。(此时搅拌系统降下，也可根据情况将其取出，因各部位螺纹相连，扯卸方便)当进行物体干燥时，关闭阀门<47>，根据干燥温度，调整控制面板<2>上的控制系统，使温度达到所需温度，启动加热器，加热升温，使热量通过加热器、夹层的热辐射、传导，而起烘干作用。当高于100℃，产生蒸汽时打开阀门<43>排气。也可根据干燥物干燥情况，同时启动送气系统，进行送风，罐内气体、水分可通过阀门<53><24>排出，起到了干燥箱作用。
当进行生物培养时，关闭阀门<47>，启动控制面板<2>，温度系统，温度调至22℃——28℃，加热器工作，罐体升温，达到所需温度。同时，也可根据培养物需氧情况启动送气系统，此时应关闭阀门<47>，使气体直接由供气系统进入罐内。另外，也可根据培养物需湿情况，关闭阀门<49>(此时供气系统应关闭)，打开阀门<47>，使湿热气体经垂直蒸汽导管<46>进入罐体，增加湿度，起到了培养箱的作用。
注意，以上各例，夹层<33>应始终有水，并不低于水位管<32>上的水位线。
接种及空气均分器当培养时间到需要接种时或其它环节需要无菌操作时，空气均分器起到局部无菌的洁净环境。
在图9中，启动供气系统，在液体接种时，培养罐装有培养好的菌种，所以关闭所有阀门，打开阀门<49><14>，微开阀门<52>，使压力表<54>压力保证在0.02-0.04MPA间。气体经供气系统过滤后，一部分输入培养罐中<30>，另一部分经阀门<14>的管路流向空气均分器<10>中，空气均分器布置在
图1接种柜<16>，工作台上方。
在图2、图3A——A中，空气均分器是由导气管<7>、金字塔形外壳<5>，空气散流球<6>散流板<8>(多层)，通过支柱螺栓<59>相连构成。
散层板<8>(多层)同空心散流球<6>，以散流球<6>为顶，沿轴线构成金字塔形，并于外亮相套应，散流板底板同外壳底缘密封。导气管<7>输入端，伸入空心散流球中。
在
图1中，空气散流球同空心散流板上的散流孔<9>(见扩大图)是等孔径、等距离。
权利要求1.变容式多功能生物培养机，其特征是在培养罐内设置浮力环、塔形伸缩提流管、滑道气管、十字型分气管、加热器；罐外有夹套，罐上有杀菌保压盒；在供气管路上引出空气均分器及垂直蒸汽管路。
2.根据权利要求1所述的培养机，其特征是浮力环空腔密封，腔内注盐水，其上缘有注液孔，其下缘有拐形拉杆螺栓，其内径有定向拉板螺母。
3.根据权利要求1所述的培养机，其特征是塔形伸缩提流管，是由同一轴线上多个异径节密封而成.并可以伸缩，其上端有喇叭形分流口和伞形漏斗式分流头；伞形漏斗式分流头空腔内装有盐水，其与二次分流管相连。
4.根据权利要求1所述的培养机，其特征是滑道气管，外壁有和定向拉板滚珠相吻合的滑道槽；滑道气管同定向拉板相套，滑道气管下端同十字分气管相连。
5.根据权利要求1所述的培养机，其特征是加热器是由加热管伸向导水管内，导水管水平穿过罐体，并于夹层水相连通。
6.根据权利要求1所述的培养机，其特征是夹套上有注水水位管及垂直蒸汽导管、水平蒸汽导管其垂直蒸汽导管导入供气管路通向罐内，其水平蒸汽导管通过移动接种管路导向空气精过滤器。
7.根据权利要求1所述培养机，其特征是空气均分器是由导气管穿过塔形外壳伸入空心散流球中；空心散流球同多层散流板通过拉杆螺栓连结组成与壳体相对应小塔，其塔底同外壳塔底边缘密封。
8.其根据权利要求1所述培养机，其特征是杀菌保压盒通过搁板分二室，一室为杀菌液室，其内杀菌液淹没单向节止阀出气端，其液上方有拐形导气管，同单向气阀入气端相连于搁板上；另一室为气体缓冲室，其内单向节止阀入口端在盒外，搁板上单向气阀出口端在室内，另一单向气阀在室上方，出口端通向盒外。
9.根据权利要求8所述杀菌保压盒，其特征是单向气阀阀片盖住气孔，并与壳内壁有间隙，螺钉穿过U形垫片及阀片固定在壳体中心。
10.根据权利要求3所述伸缩提流管，其特征是异径节，每节上端内卷沿，其沿内扣环状自紧弹簧，每节下端外卷沿，其沿内扣弹性涨力圈，上下沿搭接密封，且可移位。
专利摘要本变容式多功能生物培养机是由接种柜和带有保温层的培养柜构成。其中培养罐置于培养相中分上盖、罐体、夹套，罐外连接杀菌保压盒，罐内置浮力环、滑道气管、伸缩提流管、十字形分气管，下分流头，导水管式加热器。夹套上有垂直蒸汽导管通向供气管路，及水平蒸汽导管通入空气精过滤器中。接种柜上有空气均分器、控制面板等伸缩提流管在浮力环作用下，可随液位高低进行自动升降，可以在百升内随意变化培养容量。导水管加热器不仅可以蒸汽灭菌，而且也可以对罐内物加热、升温，使培养罐起到了饱和蒸汽压力消毒器、干燥箱、恒温培养箱的作用。空气均分器将洁净空气散流均分后，形成了局部洁净的无菌空间，起到了超净工作台的作用。
文档编号C12M3/00GK2683658SQ2004200062
公开日2005年3月9日 申请日期2004年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者张运岐 申请人:张运岐