反应器的尾气冷凝装置的制作方法

1.本技术涉及生物反应器技术领域，特别涉及一种生物反应器的尾气冷凝装置。


背景技术：

2.生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊能力的微生物，将其接种至液相或固相的反应系统，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器，一般为保证正常培养过程的进行，需要尽可能减少反应器内培养液的损耗，而尾气排放过程会有大量水蒸气跟随气体排出，造成培养液的损耗，影响微生物、细胞等的培养；生物反应器中物质反应产生的气体需要经过滤才能得到利用或排放至大气中，这些水蒸气会在生物反应器的尾气出口处冷凝，堵塞空气过滤器而影响生物反应器的正常使用因此就需要在生物反应器上设置尾气冷凝装置将水蒸气冷凝成液体，然后重新沥落至生物反应器中，避免上述两类情况的发生。
3.传统的冷凝装置、冷凝管都需要使用循环的冷凝液，因此需要配备一套冷凝系统，这样会影响使用环境和使用的便捷度。
4.中国发明公开说明书cn212998476u公开一种用于生物反应器的尾气冷凝装置及生物反应器，包括一个或多个半导体制冷片，所述半导体制冷片具有制冷侧和与所述制冷侧相对的制热侧；位于所述半导体制冷片的制冷侧的冷凝元件，所述冷凝元件的至少一部分被构造成与所述生物反应器的尾气排放部件相匹配，使得所述尾气冷凝装置能够借助于所述至少一部分而安装至所述生物反应器并经由所述至少一部分来冷凝流动通过所述尾气排放部件的尾气；和位于所述半导体制冷片的制热侧的散热元件，所述散热元件用于将所述半导体制冷片的制热侧的热量散发出去。
5.该发明将半导体制冷片安置在生物反应器尾气排放口，利用半导体制冷片固有特性对生物反应器尾气冷凝，解决了对冷凝液的依赖，但该尾气冷凝装置只能配套特定结构的生物反应器使用，不具备通用性，且该尾气冷凝装置无法应用于有机制备中回流。


技术实现要素：

6.本技术提供一种反应器的尾气冷凝装置，根据本技术的反应器的尾气冷凝装置能够克服现有技术中所存在的至少一个或多个问题。
7.本技术的第一方面，提供一种反应器的尾气冷凝装置，该装置应用于生物反应器尾气冷凝并有回流作用，适用于垂直式的连续长时间的蒸馏或回流，该反应器的尾气冷凝装置包括冷凝管和制冷装置，冷凝管呈中空管状，气体可由其一端进入，由另一端排出，制冷装置设置在冷凝管的外周，制冷装置内设有制冷体，制冷体整体是呈中空管状的半导体制冷片，制冷体的制冷一面贴靠在冷凝管的外壁上。
8.本技术实施例提供的反应器的尾气冷凝装置可替代传统的使用冷凝液的冷凝管，在不使用冷凝液的条件下可对生物反应尾气冷凝，并具备回流作用，增加了冷凝装置的使用场景，简化了冷凝系统的，使冷凝操作简化，清洁。
9.在一种可能实现的方式中，制冷装置包括壳体和制冷体，壳体整体呈管状，壳体内
壁上设有至少一个固定槽，制冷体的整体形状与固定槽适配，制冷体的整体内径与热交换管的外径适配，壳体外壁上设有若干散热翅片，制冷体一侧充分与热交换管接触，另一侧充分与壳体接触，既能对热交换管冷凝，又能将制冷体产生的热量快速耗散掉。
10.在一种可能实现的方式中，制冷体分为内环面和外环面，内环面与外环面之间设有多个均匀分布的p型半导体和n型半导体，一个p型半导体的一端与一个n型半导体的一端通过金属导体连接，该n型半导体的另一端与另一p型半导体的一端连接，如此往复所有p型半导体和n型半导体依次串联在一起，电流由n型半导体流向p型半导体的一端设置在内环面上，电流由p型半导体流向n型半导体的一端设置在外环面上，提供了一种环形的半导体制冷片结构，本技术的反应器的尾气冷凝装置具备可行性。
11.在一种可能实现的方式中，固定槽沿壳体内壁呈180度弧心角设置，这样使得本技术的制冷装置分为两个对称部分，可分别由两个方向合拢套在热交换管的外周。
12.在一种可能实现的方式中，壳体的材料采用高导热率材料铝或铝的合金，这样壳体可以快速将与其接触的制冷体发热一面的热量耗散掉。
13.在一种可能实现的方式中，上述制冷体内环面吸收热量为制冷端，外环面释放热量为放热端，内环面与外环面的外缘通过rtv硅胶或环氧树脂等密封材料密封，位于首尾的p型半导体和n型半导体分别各与一导线连接，导线另一端设置在制冷体外部，这样设置的制冷体可防水，使得本技术的反应器的尾气冷凝装置可以水洗。
14.在一种可能实现的方式中，冷凝管两端分别设有进气口和出气口，冷凝管的中部为热交换管，这样的冷凝管与传统冷凝管在接口处相同，具有通用性，可以替换传统冷凝管的全部使用场景。
15.在一种可能实现的方式中，制冷装置整周环绕在热交换管的外周，这样制冷装置更容易固定在玻璃材质的热交换管上。
16.在一种可能实现的方式中，上述的冷凝管的热交换管是直线形的中空管，直线形的热交换管使得本技术的反应器的尾气冷凝装置还可以用于倾斜式蒸馏。
17.在另一种可能实现的方式中，上述的冷凝管的热交换管是球形管，球形管由多个膨胀的球形结构串联在直线形的中空管上，球形管与制冷体的制冷一面之间设有导热膏，球形管的热交换面积大于直线形的热交换管。
18.在一种可能实现的方式中，制冷装置分为对称的两个部分，一个部分的壳体上设有两个固定槽，每个固定槽的两端设有端固定部，端固定部约束制冷体的在制冷装置轴向方向自由度，制冷体与端固定部之间设有阻隔片，阻隔片整体为环形薄片，导热性能低，分开设置再扣合连接的制冷装置，为热交换管的外径小于进气口或出气口的情况提供了一种可能的解决方案，阻隔片能避免制冷体两面的不同温度都传递到壳体上。
19.在一种可能实现的方式中，端固定部有制冷体一侧设有排线槽和过线孔，过线孔是贯穿端固定部的通孔，制冷体彼此之间的导线可在排线槽内走线或连接，通过过线孔与另一固定槽内的制冷体导线连接，多个制冷体的导线并联或串联，所有制冷体的总输出端与壳体外部设置的电源接口连接，只需向电源接口通入低压直流电即可使本技术的反应器的尾气冷凝装置工作，替代了冷凝液的使用。
20.在一种可能实现的方式中，壳体两端的开口处内壁上设置有呈环状的弹性环，弹性环是具有弹性的材料制作而成，增加了制冷装置的金属壳体与玻璃材质的热交换管的连
接强度，避免壳体在热交换管的周向转动。
21.在一些可能的实现方式中，制冷装置的外径与进气口或出气口外径相同，制冷装置的长度与热交换管的长度相同，使得该反应器的尾气冷凝装置整体结构匀称，便于收纳，且美观。
22.在一些可能的实现方式中，制冷体的外环面与壳体之间涂有导热膏，充分接触能快速将热量导出，避免制冷体损坏。
23.其中，需要说明的是，上述各种可能的实现方式，在方案不矛盾的前提下，均可以进行组合。
附图说明
24.图1是本技术实施例提供的一种反应器的尾气冷凝装置的结构示意图。
25.图2是本技术实施例提供的一种反应器的尾气冷凝装置的爆炸图。
26.图3是图2中制冷装置的立体剖视图。
27.图4是图2中壳体的立体剖视图。
28.图5是本技术实施例提供的一种反应器的尾气冷凝装置的制冷体的结构原理图。
具体实施方式
29.以下将参照附图描述本技术，其中的附图示出了本技术的若干实施例。然而应当理解的是，本技术可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本技术的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本技术的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
30.应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本技术。说明书使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构可以不再详细说明。
31.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。
32.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“联接”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接联接”至另一元件或、或“直接 接触”另一元件时，将不存在中间元件。
33.一方面，本技术的实施例提供一种反应器的尾气冷凝装置，该装置应用于对生物反应器尾气冷凝，适用于垂直式的连续长时间的蒸馏或回流，利用热交换原理使冷凝性气体冷却凝结为液体，请一并参阅图1和图2，图1和图2分别是该反应器的尾气冷凝装置的结
构示意图和爆炸图，反应器的尾气冷凝装置包括冷凝管10和制冷装置20，冷凝管10采用高硼硅玻璃材料，为中空管状体，具有低膨胀率、耐高温、高强度、高硬度、高透光率、高导热率、高化学稳定性，气体可由其一端进入，由另一端排出，制冷装置20设置在冷凝管10的外周，可以是整周覆盖在冷凝管10外周，也可以是部分覆盖，制冷装置20的核心是制冷体30，制冷体30是呈中空管状的半导体制冷片，其具体结构在制冷体30部分详细详述，制冷体30的内环面31贴靠在冷凝管10的外壁上。
34.具体的，冷凝管10同传统冷凝玻璃管一样两端设有磨口的进气口11和出气口13，进气口11的尺寸略大，冷凝管10的中部为热交换管12，可以是直线形的（如图2所示），也可以是球状形的（未出示），球状形的热交换管12如同球状冷凝管的内管结构，其与制冷体30的内面接触需要通过导热膏间接热传递。
35.要特别说明的是，呈管状的制冷体30需要特别设置，制冷体30分为内环面31和外环面32，这两个面常采用陶瓷材料制作，具有绝缘且导热的特性，内环面31与外环面32之间设有多个均匀分布的p型半导体34和n型半导体35，如图5所示排列方式，一个p型半导体34的一端与一个n型半导体35的一端通过金属导体33连接，该n型半导体35的另一端与另一p型半导体34的一端连接，如此往复所有p型半导体34和n型半导体35依次串联在一起，电流由n型半导体35流向p型半导体34的一端设置在内环面31上，电流由p型半导体34流向n型半导体35的一端设置在外环面32上，这样内环面31吸收热量为制冷端，外环面32释放热量为放热端，这样一来可以取代冷凝液，内环面31与外环面32的外缘通过rtv硅胶或环氧树脂等密封材料36密封，位于首尾的p型半导体34和n型半导体35分别各与一导线连接，并引出。
36.图3提供了制冷装置20的半剖结构，要说明的是，由于热交换管12的外径小于其两端的进气口11和出气口13，因此呈回转体结构的制冷装置20其全部组件以对称结构分成两个部分，这两部分由两个方向扣合在热交换管12的外周，并通过连接件连接为一体。
37.具体的，制冷装置20包括壳体21和制冷体30，壳体21整体呈管状，壳体21内壁上设有至少一个固定槽23，固定槽23是用于卡套固定制冷体30的，固定槽23一般沿壳体21内壁180度弧心角设置，当然优选的还有45度，90度，角度越小组装难度越大，制冷体30的整体形状与固定槽23适配，制冷体30的整体内径与热交换管12的外径适配，为了确定制冷体30的内环面31与热交换管12的外面接触充分，即便是直线形的热交换管12和制冷体30的内环面31之间也涂有导热膏，由于制冷体30的半导体特性，以及电流流向的设置，其内环面31吸热，外环面32放热，因此壳体21的材料采用高导热率材料，如铝或铝的合金，在壳体21外壁上设有若干散热翅片22，散热翅片22的走向一般与冷凝管10的轴线方向相同，但不做限制。
38.图3所示的半个制冷装置20，其壳体21上设有两个固定槽23，每个固定槽23的两端设有端固定部24，端固定部24约束制冷体30的在制冷装置20轴向方向自由度，由于端固定部24也是壳体21的一部分，应该避免制冷体30制冷的内环面31与端固定部24接触，因此在制冷体30与端固定部24之间加设有阻隔片27，阻隔片27导热性能低，如石棉纤维，阻隔片27整体为环形薄片。
39.在实际加工中，呈中空管状的制冷体30难以加工，因此制冷体30分为多为弧形结构安装并组成整体为管状的结构，这样每个部分的制冷体30都有导线需要连接，因此在端固定部24上设有排线槽241和过线孔242，具体的是在端固定部24有制冷体30一侧设有排线槽241和过线孔242，在图4中所示，以部分存在的制冷体30彼此之间的导线可在排线槽241
内走线或连接，并可通过过线孔242与另一固定槽23内的制冷体30导线连接，多个制冷体30的导线可以并联或串联，总的导线与壳体21外部设置的电源接口25电气连接，如图1中所示。
40.由于壳体21整体呈管状且常为金属材料，很难与玻璃材质的热交换管12连接稳固，因此，在壳体21两端的开口处内壁上设置有呈环状的弹性环26，弹性环26是具有弹性的材料制作而成，优选橡胶材质，弹性环26的内径略小于热交换管12的外径。
41.在一些可能的实现方式中，制冷装置20的外径与进气口11或出气口13外径相同，制冷装置20的长度与热交换管12的长度相同，这样该反应器的尾气冷凝装置整体结构匀称，便于收纳，且美观。
42.在一些可能的实现方式中，该反应器的尾气冷凝装置的电源接口25输入电压为5v或9v或12v的直流电。
43.在一些可能的实现方式中，制冷体30的外环面32与壳体21之间涂有导热膏，充分接触能快速将热量导出，避免制冷体30损坏。
44.该反应器的尾气冷凝装置主要使用在生物反应器的排气口处对气体冷凝，制冷体30通电后由于帕帖尔效应内环面31上制冷、外环面32上放热，这样内环面31吸收热交换管12处的热量，热交换管12内气体冷凝液化，外环面32与金属材料的壳体21接触，热量很容易消散，增加了冷凝管10的使用场景，不依赖冷凝液系统，并能在有机制备的回流中应用。
45.虽然已经描述了本技术的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本技术的精神和范围的情况下能够对本技术的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本技术的保护范围内。本技术由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。