專利名稱：一種加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及加熱系統(tǒng)，尤其涉及一種用于動物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)過程中對 反應(yīng)器罐體進(jìn)行加熱與保溫的加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般情況下，動物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度環(huán)境在36.8。C 37.2。C，低于或高于這 個(gè)溫度范圍都會對細(xì)胞造成不利影響。目前，廣泛應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng) 器的加熱系統(tǒng)要么是電加熱系統(tǒng)，要么是蒸汽加熱系統(tǒng)，電加熱系統(tǒng)與蒸汽加 熱系統(tǒng)是相互分離的。這兩種加熱系統(tǒng)都存在弊端，電加熱系統(tǒng)因?yàn)殡娂訜崞?本身的局限，加熱速度較慢，勢必浪費(fèi)較多的時(shí)間，尤其在大容積反應(yīng)器中不 能滿足要求。蒸汽加熱系統(tǒng)因蒸汽的進(jìn)氣量不易控制，容易出現(xiàn)超溫的情況， 造成細(xì)胞的死亡。

實(shí)用新型內(nèi)容
為了解決目前的用于動物細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng)器的電加熱系統(tǒng)存在的加 熱速度較慢的問題和蒸汽加熱系統(tǒng)存在的進(jìn)氣量不易控制，容易出現(xiàn)超溫的問 題，本實(shí)用新型提供了一種加熱系統(tǒng)，用于對生物反應(yīng)器罐體加熱，所述加熱 系統(tǒng)包括
蒸汽加熱系統(tǒng)，包括輸送蒸汽的蒸汽管道； 電加熱系統(tǒng)，包括電加熱器、水泵和水路管道； 所述加熱系統(tǒng)還包括熱交換器；
所述電加熱器、水泵、熱交換器和所述罐體外層的夾套之間通過所述水路 管道依次連接，形成水路循環(huán)回路； 所述熱交換器與所述蒸汽管道連接。 所述電加熱器上設(shè)置有進(jìn)水口和排污口。所述電加熱器上設(shè)置有檢測水位并根據(jù)檢測的水位控制所述電加熱器啟 動的液位開關(guān)。
所述熱交換器為汽水熱交換器。 所述夾套通過連接軟管連接到所述水路管道。
所述加熱系統(tǒng)還包括
疏水閥；
冷凝水出口；
所述熱交換器、疏水閥和冷凝水出口通過管路依次連接。 所述加熱系統(tǒng)還包括
伸入罐體內(nèi)，用來測量所述罐體內(nèi)的溫度，并將測量的罐體溫度發(fā)送出去 的罐體溫度傳感器；
控制模塊，包括用來根據(jù)所述罐體溫度控制所述電加熱器啟動的第一控制 單元。
所述蒸汽管道上設(shè)置有比例調(diào)節(jié)閥； 所述加熱系統(tǒng)還包括
用來測量夾套溫度，并將測量的夾套溫度發(fā)送出去的夾套溫度傳感器；
所述控制模塊還包括用來根據(jù)所述夾套溫度和罐體溫度的差值，通過控 制所述比例調(diào)節(jié)閥的開啟角度來控制蒸汽流量的第二控制單元。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果
本實(shí)用新型將電加熱系統(tǒng)與蒸汽加熱系統(tǒng)相結(jié)合，首先采用蒸汽加熱，使 高溫的蒸汽在熱交換器中與低溫的水進(jìn)行換熱，低溫的水溫度升高后流經(jīng)罐體 外層的夾套，來為罐體加熱，利用蒸汽加熱速度快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速加熱。然 后，在罐體溫度升溫到稍低于用戶設(shè)定溫度幾攝氏度時(shí)，利用電加熱系統(tǒng)進(jìn)一 步對水流加熱，從而使流經(jīng)夾套的水流將罐體加熱到所需的溫度。利用電加熱 系統(tǒng)進(jìn)行加熱容易控制加熱的溫度，罐體不易產(chǎn)生超溫現(xiàn)象，從而達(dá)到良好控 溫的效果。本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)可以采用軟件進(jìn)行自動控制，減少了人工操 作，提高了溫度控制的準(zhǔn)確性和加熱過程的安全性。

圖l為本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)與生物反應(yīng)器罐體的連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
生物反應(yīng)器的蒸汽加熱系統(tǒng)加熱速度較快，能滿足快速加熱或大型反應(yīng)器 加熱的需求，但蒸汽量不易控制，控溫較差，易出現(xiàn)超溫。電加熱系統(tǒng)控溫效 果較好，但力。熱速度較慢。本實(shí)用新型的技術(shù)方案將電加熱系統(tǒng)與蒸汽加熱系 統(tǒng)結(jié)合起來，利用蒸汽加熱系統(tǒng)和電加熱系統(tǒng)為生物反應(yīng)器加熱，互補(bǔ)各自的 不足，又能發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速加熱與控溫的目的。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參考圖l，圖l為本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)與生物反應(yīng)器罐體的連接結(jié)構(gòu)示 意圖，圖中各標(biāo)記說明如下
罐體1;
位于罐體外層的夾套2; 電加熱器3; 水泵4;
汽水熱交換器5; 蒸汽管道8; 進(jìn)水口 13; 蒸汽進(jìn)口 15; 水路管道17。
圖1中包括生物反應(yīng)器罐體l、設(shè)置在罐體外層的夾套2、蒸汽加熱系 統(tǒng)、熱交4灸器和電加熱系統(tǒng)。
蒸汽加熱系統(tǒng)，包括蒸汽進(jìn)口 15和輸送蒸汽的蒸汽管道8;
電加熱系統(tǒng)，包括電加熱器3、水泵4、熱交換器和水路管道17，電加 熱器3上設(shè)置有進(jìn)水口 13;
電加熱器3、水泵4、熱交換器、夾套2通過水路管道17依次連接，形成 水路循環(huán)回路；
熱交換器與蒸汽管道8連接。純化水從電加熱器的進(jìn)水口 13進(jìn)入水路管道17，依次經(jīng)過水泵4、熱交 換器后注入罐體1的夾套2中。在夾套2中循環(huán)后，從水路管道17流到電加 熱器3中，開始新一輪的循環(huán)過程。
電加熱器3上還設(shè)置有排污口 (圖中未示出)，用于將電加熱器3中的污 水排出。
為了實(shí)現(xiàn)快速加溫和良好控溫的目的，首先進(jìn)行蒸汽加熱的過程。具有一 定溫度的蒸汽從蒸汽進(jìn)口進(jìn)入蒸汽管道后，進(jìn)入熱交換器中。
利用進(jìn)入熱交換器的蒸汽和純化水在熱交換器中進(jìn)行熱交換，由溫度較高 的蒸汽將熱量傳遞給溫度較低的純化水，使純化水的溫度升高。升溫后的純化 水從水路管道中流入反應(yīng)器罐體的夾套中，從夾套中循環(huán)后將罐體加熱到一定
溫度，再經(jīng)過7jc路管道流到電加熱器中，如此循環(huán)往復(fù)。
在罐體被加熱到一定溫度之后，停止上述利用蒸汽加熱的過程。此時(shí)，水
路管道中的水流也已經(jīng)到達(dá)了一定溫度，在這個(gè)溫度的基礎(chǔ)上，切換到電加熱 方式，利用電加熱器為水路管道中的水加熱，通過水流在反應(yīng)器罐體的夾套中 循環(huán)，繼續(xù)將反應(yīng)器罐體加熱到所需的溫度。
由于蒸汽加熱的過程中，在熱交換器中是蒸汽和水之間進(jìn)行換熱，因此上 述熱交換器為汽水熱交換器5。
為了使夾套與水路管道之間的連接實(shí)現(xiàn)起來更容易，進(jìn)一步將夾套通過具 有伸縮性的連接軟管與水路管道連接。
由于在熱交換器中，有一小部分高溫的蒸汽從熱交換器中跑出，因此，在 加熱系統(tǒng)中還包括疏水閥，設(shè)置在熱交換器和冷凝水出口之間，熱交換器、疏 水閥和冷凝水出口通過管路連接。該疏水閥用于將進(jìn)入低溫的管道的一小部分
高溫蒸汽產(chǎn)生的冷凝水從冷凝水出口排出。
由于電加熱器在初始啟動時(shí)，其中的水位必須滿足"&定水位時(shí)才能啟動， 因此，電加熱器上設(shè)置有液位開關(guān)，用來控制電加熱器的初始啟動，當(dāng)電加熱 器中水位不滿足液位開關(guān)設(shè)定的水位值時(shí)，液位開關(guān)控制電加熱器不啟動加 熱，當(dāng)電加熱器中的水位滿足液位開關(guān)設(shè)定的水位值時(shí)，液位開關(guān)控制電加熱 器啟動加熱。液位開關(guān)通過控制電加熱器中的水位，可以更好的保證電加熱系 統(tǒng)的安全，避免出現(xiàn)電加熱器干燒的情況。為了精確控制罐體的溫度，在反應(yīng)器罐體上設(shè)置有罐體溫度傳感器，用來 測量罐體內(nèi)的溫度，并將罐體溫度發(fā)送到加熱系統(tǒng)的控制模塊。并且，在水泵 的出水口處設(shè)置有夾套溫度傳感器，用來測量夾套溫度，并將夾套溫度發(fā)送到 加熱系統(tǒng)的控制模塊?？刂颇K的一個(gè)控制單元根據(jù)夾套溫度和罐體溫度的差 值，通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的比例調(diào)節(jié)閥控制蒸汽量來實(shí)現(xiàn)對罐體溫度的控制。
為了達(dá)到保溫的目的，在反應(yīng)器罐體上設(shè)置的罐體溫度傳感器在電加熱過 程中，將罐體溫度發(fā)送到控制模塊的另一個(gè)控制單元后，如果該控制單元判斷 罐體內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度值，則控制電加熱器啟動，為罐體加溫，如果判斷罐
體內(nèi)溫度符合或者超過設(shè)定溫度值，則不控制電加熱器啟動加熱。
以上將蒸汽加熱和電加熱聯(lián)合進(jìn)行加熱的方式既可以手動實(shí)現(xiàn)，也可以利
用軟件自動實(shí)現(xiàn)。
下面通過一個(gè)具體實(shí)施方式
來對蒸汽加熱和電加熱的過程進(jìn)行詳細(xì)說明。
參考圖2,圖2為本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 中的電加熱系統(tǒng)(水路)包括閥門BV114、電加熱器3、水泵4、汽水熱交 換器5、閥門GLVlll、連接軟管6、夾套2、連接軟管6、岡門BVlll、閥門 GLV108，以及連接這些元件的水路管道。其中的箭頭為水循環(huán)的方向。純化 水從閥門BV114進(jìn)入，依次流經(jīng)上述元件，形成一個(gè)循環(huán)回路。電加熱器上 設(shè)置有排污口 14,用來將電加熱器3中的污水從閥門BV115排出。
蒸汽加熱系統(tǒng)(氣路)包括閥門BV112、閥門GLVllO、比例調(diào)節(jié)閥 FCV102、汽水熱交換器5、 GLV114、疏水閥7,以及連接這些元件的蒸汽管 道8。工業(yè)蒸汽從閥門BV112進(jìn)入，依次流經(jīng)閥門BV112、閥門GLVllO、比 例調(diào)節(jié)閥FCV102、汽水熱交換器5，在汽水熱交換器5中與純化水換熱，而 部分夾帶有蒸汽的冷凝水依次流經(jīng)汽水熱交換器5、 GLV114、疏水閥7后， 從冷凝水出口 16排出。
電加熱系統(tǒng)與蒸汽加熱系統(tǒng)通過汽水熱交換器5連接。 電加熱器3上設(shè)置有液位開關(guān)(LS101 ) 10,用來監(jiān)測電加熱器中的水位， 并才艮據(jù)監(jiān)測到的電加熱器中的水位的高低來控制電加熱器是否啟動加熱，當(dāng)電 加熱器中的水位沒有達(dá)到預(yù)設(shè)水位值時(shí)，不啟動電加熱器加熱，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)水 4立1直時(shí)，啟動電力口熱器力口熱。下面對圖2所示結(jié)構(gòu)的工作過程進(jìn)刊4兌明。
打開手閥BV111、BV112和BV114。將純化水從進(jìn)水口 13通過手閥BV114 注入，純化水依次流經(jīng)電加熱器3、水泵4、汽水熱交換器5、閥門GLVlll、 連接軟管6后流入夾套2中。夾套2和電加熱器3中加滿水后，開始加熱過 程，首先采用蒸汽加熱的方式。在加熱系統(tǒng)的控制模塊的觸摸屏中設(shè)定加熱溫 度為37度，工作模式切換到自動，設(shè)定合適的PID(比例-積分-微分調(diào)節(jié)算法) 參數(shù)，開啟自動蒸汽加熱。
蒸汽加熱的過程在氣路方面，GLV110和GLV114打開，F(xiàn)CV102由PID 調(diào)節(jié)開啟一定的角度。工業(yè)蒸汽經(jīng)蒸汽進(jìn)口 15從手閥BV112進(jìn)入蒸汽管道8。
在水路循環(huán)方面，閥門GLV108、 GLV111打開，水泵4開啟，純化水與 蒸汽都經(jīng)過汽水熱交換器5，在汽水熱交換器5中進(jìn)行熱交換。低溫的純化水 吸收蒸汽的熱量后溫度升高，依次再經(jīng)過GLVlll和連接軟管6后進(jìn)入夾套2， 在夾套2中循環(huán)，為罐體加熱，再從夾套上方的連接軟管6依次流經(jīng)BV111、 GLV108后流入電加熱器3。水流經(jīng)過如此往復(fù)循環(huán)，不斷為罐體加熱，使之 溫度升高。
罐體1上設(shè)置有伸入罐體內(nèi)的罐體溫度傳感器11，在蒸汽加熱的過程中， 罐體溫度傳感器11將測量到的罐體溫度通過信號線路9傳送到加熱系統(tǒng)的控 制模塊。
水泵4出水口處的水路管道上設(shè)置有夾套溫度傳感器12,用來測量水路 管道內(nèi)的水溫，由于夾套溫度傳感器12至夾套2之間只有一段管道，散熱量 較小，因此，可以將測量到的水路管道中的水溫當(dāng)作夾套2的溫度。當(dāng)然，夾 套溫度傳感器12也可以直接設(shè)置在夾套2上。
夾套溫度傳感器12將測量的夾套2的溫度傳送到加熱系統(tǒng)的控制模塊。 控制模塊中的一個(gè)控制單元根據(jù)夾套溫度傳感器12和罐體溫度傳感器11傳來 的夾套溫度和罐體溫度的差值，設(shè)定合適的PID參數(shù)，將FCV102調(diào)整到一定 角度，以調(diào)整蒸汽管道中的蒸汽量，從而將罐體l加熱到一定溫度值上。待罐 體升溫到33。C時(shí)，停止蒸汽加熱，閥門GLVllO、 GLV114和FCV102自動關(guān) 閉，切換到電加熱方式。
在蒸汽加熱的過程中，當(dāng)蒸汽在汽水熱交換器5中與低溫的純化水換熱后，成為冷凝水，夾帶有蒸汽的冷凝7jc依次經(jīng)過閥門GLV114、疏水閥7后排 出。
在電加熱方式中，水路循環(huán)的閥門不會關(guān)閉，水流按照上述方式繼續(xù)在水 路管道中循環(huán)。電加熱器3啟動，開始為水路中33。C的水繼續(xù)加熱，直到升 溫到37。C。
在將罐體電加熱到37。C后，停止加熱。而罐體溫度傳感器ll仍將實(shí)際的 罐體溫度發(fā)送給控制模塊的另 一個(gè)控制單元。另 一個(gè)控制單元根據(jù)罐體溫度傳 感器11發(fā)送過來的罐體溫度控制電加熱器的啟動或停止，實(shí)現(xiàn)罐體的保溫。
當(dāng)另 一個(gè)控制單元判斷罐體溫度達(dá)到設(shè)定的溫度值時(shí)，停止電加熱器的加 熱，當(dāng)罐體溫度低于設(shè)定的溫度值時(shí)，啟動電加熱器進(jìn)行加熱。例如，當(dāng)罐體 達(dá)到37。C后，控制電加熱器使之停止加熱。當(dāng)罐體溫度不到37。C時(shí)，控制電 加熱器使之開始加熱。這樣，就可以達(dá)到良好的保溫效果。
上文中所述的加熱系統(tǒng)的控制模塊可以是屬于加熱系統(tǒng)的一部分，用來控 制罐體加熱的溫度，也可以獨(dú)立于加熱系統(tǒng)，屬于反應(yīng)器控制系統(tǒng)的一部分。
總之，本實(shí)用新型將電加熱系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)通過汽水熱交換器連接起 來，利用蒸汽加熱系統(tǒng)升溫快的特點(diǎn)，先進(jìn)行蒸汽加熱，在升溫到接近設(shè)定溫 度時(shí)，由于蒸汽加熱升溫較快，不易控制，改為采用電加熱，利用電加熱的加 熱速度較慢的熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)良好控溫的效果，既能夠在較短的時(shí)間內(nèi)將溫度升高， 提高效率，滿足大容積反應(yīng)器的溫度需求，又能夠很好的控制溫度不超過設(shè)定 溫度值，減少超溫造成的生物反應(yīng)器中細(xì)胞死亡所造成的損失。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn) 和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種加熱系統(tǒng)，用于對生物反應(yīng)器罐體加熱，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)包括蒸汽加熱系統(tǒng)，包括輸送蒸汽的蒸汽管道；電加熱系統(tǒng)，包括電加熱器、水泵和水路管道；所述加熱系統(tǒng)還包括熱交換器；所述電加熱器、水泵、熱交換器和所述罐體外層的夾套之間通過所述水路管道依次連接，形成水路循環(huán)回路；所述熱交換器與所述蒸汽管道連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述電加熱器上設(shè)置有 進(jìn)水口和排污口 。
3. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述電加熱器上設(shè)置有 檢測水位并根據(jù)檢測的水位控制所述電加熱器啟動的液位開關(guān)。
4. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器為汽水熱 交換器。
5. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述夾套通過連接軟管 連接到所述水路管道。
6. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)還包括 疏水閥；冷凝水出口；所述熱交換器、疏水閥和冷凝水出口通過管路依次連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱系統(tǒng)還包括 伸入罐體內(nèi)，用來測量所述罐體內(nèi)的溫度，并將測量的罐體溫度發(fā)送出去的罐體溫度傳感器；用來根據(jù)所述罐體溫度控制所述電加熱器啟動的第一控制單元，分別與所 述罐體溫度傳感器和所述電加熱器連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽管道上設(shè)置有 比例調(diào)節(jié)閥；所述加熱系統(tǒng)還包4舌用來測量夾套溫度，并將測量的夾套溫度發(fā)送出去的夾套溫度傳感器； 用來根據(jù)所述夾套溫度和罐體溫度的差值，通過控制所述比例調(diào)節(jié)閥的開啟角度來控制蒸汽流量的第二控制單元，分別與所述夾套溫度傳感器、罐體溫度傳感器和比例調(diào)節(jié)閥連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種加熱系統(tǒng)，用于對生物反應(yīng)器罐體加熱，加熱系統(tǒng)包括蒸汽加熱系統(tǒng)，包括輸送蒸汽的蒸汽管道；電加熱系統(tǒng)，包括電加熱器、水泵和水路管道；加熱系統(tǒng)還包括熱交換器；電加熱器、水泵、熱交換器和罐體外層的夾套之間通過水路管道依次連接；熱交換器與蒸汽管道連接。本實(shí)用新型將電加熱系統(tǒng)與蒸汽加熱系統(tǒng)相結(jié)合，首先采用蒸汽加熱，利用蒸汽加熱速度快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速加熱。然后，在罐體溫度升溫到稍低于用戶設(shè)定溫度幾攝氏度時(shí)，利用電加熱系統(tǒng)進(jìn)一步對水流加熱，從而罐體不易產(chǎn)生超溫現(xiàn)象，達(dá)到良好控溫的效果。本實(shí)用新型的加熱系統(tǒng)可以進(jìn)行自動控制，減少了人工操作，提高了溫度控制的準(zhǔn)確性和加熱過程的安全性。
文檔編號C12M3/02GK201396935SQ20092010690
公開日2010年2月3日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者劉俊生, 王建超, 陳文慶 申請人:北京天和瑞生物科技有限公司