一种液体菌种全自动发酵培养系统的制作方法

1.本发明涉及液体菌种发酵培养技术领域，具体为一种液体菌种全自动发酵培养系统。


背景技术：

2.液体菌种生产相比固体菌种生产减少了很多人工备料、配料、拌料等多种工序，具有成本低、时间短等优点，液体菌种在发酵培养时形成了独立的全自动发酵培养系统。
3.目前，现有的液体菌种全自动发酵培养系统多以圆筒状的发酵罐为主，通过内置的搅拌桨对液体菌种的物料进行搅拌，然后使其发酵，但一些液体菌种在发酵时需要有氧环境，现有的通氧方式多位于物料液体的表面，这大大降低了液体菌种物料与空气的接触面积，不仅造成发酵罐内的压力无法及时平衡，对于空气与物料的结合也不利。
4.同时，搅拌桨在搅拌的过程中由于转速和扭矩恒定，容易造成物料中菌种在离心力的作用下恒定的位于某个区域，不利于搅拌后的充分反应；另外，液体菌种的物料会对高速转动的搅拌桨产生额外的阻力，一方面加重了电机及传动机构的能源负担，同时，无法使发酵的液体菌种迅速进入反应状态。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种液体菌种全自动发酵培养系统，以解决上述背景技术中提出的物料与空气接触效率低、搅拌效率低和浪费能源的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液体菌种全自动发酵培养系统，包括发酵罐和进气管，所述发酵罐的顶部固定安装有减速电机，所述减速电机的底端传动连接有位于发酵罐内部的搅拌轴，所述搅拌轴外表面的底端固定连通有二号搅拌桨，所述二号搅拌桨的内部开设有二号连通槽，所述二号连通槽的内壁活动套接有密封柱和三号弹簧，所述二号搅拌桨的外表面开设有出气口，所述二号搅拌桨的外表面固定连接有出气机构，所述搅拌轴的内部开设有一号连通槽且一号连通槽的内壁固定套接有空气过滤筒，所述搅拌轴的底端设置有进气机构，所述搅拌轴的外表面活动套接有位于二号搅拌桨顶部的二号套环、一号弹簧、一号套环和一号搅拌桨，所述二号搅拌桨的顶部活动卡接有卡块，所述二号搅拌桨内壁的顶部开设有密封槽，所述卡块的底部固定连接有移动块，所述卡块内壁的顶部与二号搅拌桨之间弹性连接有四号弹簧；
7.本系统在工作时，打开进料口，将菌种培养液适量倒入发酵罐的内腔并使液面没过一号搅拌桨，然后关闭进料口，将进气管外接气泵并通过密封轴和连接管向一号连通槽通入空气，启动减速电机并带动搅拌轴和二号搅拌桨转动，转动中的二号搅拌桨对菌种培养液进行搅拌混合，二号连通槽的内部：密封柱受到离心力与来自气泵的高压气流作用向三号弹簧移动并压缩三号弹簧，使得密封柱不再对出气口形成封堵作用，同时，出气机构在离心力的作用下也解除对出气口的封堵，使得经过空气过滤筒过滤净化的无菌空气进入发酵罐的内腔，从而充分与菌种培养液混合，完成发酵前的准备工作；转动中的二号搅拌桨带
动二号套环转动，然后带动一号弹簧使得一号弹簧的下端绕着自身轴向转动，使得一号弹簧受力并带动一号套环和一号搅拌桨转动，由于一号搅拌桨受到培养液的液体阻力造成与二号搅拌桨之间的转速差，使得发酵罐内腔中培养液的上下两部的搅拌频率不停，一方面，使得培养液的搅拌程度更加均匀，同时，被转动受力的一号弹簧相当于被压缩，从而向下推动二号套环和卡块，带动移动块沿着密封槽的内壁向下移动，从而减少了二号连通槽的横截面积，增大了空气的通过速度，提高了培养液与无菌空气的接触、反应效率。
8.通过设置有二号搅拌桨与搅拌轴相连通，使得来自进气管外接的空气在经过空气过滤筒的无菌处理进入二号连通槽内部，在减速电机带动搅拌轴和二号搅拌桨转动的过程中，通过在二号连通槽内部产生的离心力向三号弹簧的方向移动，从而解除对出气口内侧的封堵，然后通过离心力作用于出气机构，将出气口的外侧封堵解除，同时，通过转动的二号搅拌桨带动二号套环和转动，利用培养液对一号搅拌桨的阻力作用形成一号弹簧被转动时产生压缩受力，进而向下压制二号套环、卡块和移动块使得移动块进入二号连通槽内部，降低二号连通槽的空气通过面积，进而提高空气流速，使得进入发酵罐内腔的无菌空气直接溶入培养液的内部然后迅速反应，提高了培养液的反应速率。
9.通过设置有二号套环与二号搅拌桨活动卡接，使得转动中的二号搅拌桨通过二号套环带动一号弹簧转动，利用培养液对一号搅拌桨形成的液体阻力形成一号搅拌桨与二号搅拌桨的转速差，随着一号弹簧被转动受力的程度逐渐增加，其转动扭力逐渐大于一号搅拌桨所受的液体阻力，然后逐渐带动一号套环和一号搅拌桨进行低转速的转动，在培养液的上下分区形成不同的搅拌频率，使得因离心力而恒定分布的培养液中的物质不会集中于一个区域，使得搅拌后的反应更及时与充分。
10.作为本发明的进一步方案，所述二号套环和卡块固定连接，所述一号弹簧的上下两端分别与一号套环和二号套环弹性连接，所述一号套环的外表面固定连接有一号搅拌桨，所述一号套环的顶部与固定套接于搅拌轴外表面的限位环限位接触；
11.被搅拌轴带动而进行高速转动的二号搅拌桨通过二号套环和一号弹簧带动一号套环和一号搅拌桨进行转动，一号搅拌桨在培养液阻力与来自二号搅拌桨的转动扭力之间进行低转速的转动，从而将培养液上层区域的转速维持在一个很低的水平，使得培养液的上下分区形成对流。
12.通过设置有一号弹簧使其两端分别与一号套环和二号套环固定连接，在搅拌轴带动二号搅拌桨和二号套环高速转动的过程中，经过对一号弹簧的转动施压，使得一号弹簧的扭力势能逐渐增大，一方面降低培养液对一号搅拌桨的阻力影响，降低搅拌轴的转动动能损耗，同时，经过二号搅拌桨低培养液进行转动搅拌，以培养液的转速带动一号搅拌桨进行辅助转动，降低对搅拌轴的扭力施压，降低来自减速电机的能源损失。
13.作为本发明的进一步方案，所述出气机构包括出气管，所述出气管的外表面活动套接有限位板，所述限位板的内壁与出气管的外表面之间弹性连接有二号弹簧，所述限位板的正面固定连接有密封板，所述密封板与出气管的开口处密封接触；
14.限位板通过二号弹簧与出气管的外表面固定连接，在搅拌轴带动二号搅拌桨转动的过程中，离心力带动限位板沿着二号搅拌桨的轴向向外侧移动，拉伸二号弹簧，从而带动密封板离开出气管的开口处，使得无菌空气进入发酵罐的内腔，同时在停止转动时，利用二号弹簧的弹性势能将密封板拉回复位，利用培养液的液压对密封板施压，对出气管的开口
处进行封堵。
15.作为本发明的进一步方案，所述进气机构包括固定安装于发酵罐底部的密封轴，所述密封轴的左侧固定连接有进气管，所述密封轴的内部密封套接有连接管，所述连接管的顶端与搅拌轴固定连接；进气管可外接气泵提供空气来源，连接管与搅拌轴固定连接，在搅拌轴转动的过程中带动连接管转动，使得连接管密封套接与密封轴的内部，不影响进气。
16.作为本发明的进一步方案，所述发酵罐顶部的右侧还固定连接有进料口，所述发酵罐的正面固定安装有观察口，所述发酵罐底部的右侧固定安装有出料口；进料口负责进料，其通过法兰盘进行固定与密封，可靠性高，观察口内置透明耐高温玻璃，可供工作人员对发酵罐内腔的培养液进行观察。
17.作为本发明的进一步方案，所述二号搅拌桨的数量为两个且分别分布于搅拌轴外表面的左右两侧，所述二号连通槽与一号连通槽连通；
18.二号搅拌桨以对称的形式分布于搅拌轴的外表面，来自进气管的外界空气可经由一号连通槽进入二号连通槽，在空气过滤筒完成除菌操作，二号搅拌桨横截面的矩形分布可提高对培养液的搅拌程度，提高反应效率。
19.作为本发明的进一步方案，所述密封柱通过三号弹簧弹性支撑于二号连通槽的内壁，所述密封柱的外表面与出气口密封接触；
20.三号弹簧对密封柱施压，使其外表面封堵于出气口的开口处，在搅拌轴停止转动的时候，将出气口封堵起来，一方面可防止外界的空气进入发酵罐的内腔，破坏发酵罐内部的无菌环境，同时，防止培养液进入二号连通槽。
21.作为本发明的进一步方案，所述卡块的纵截面形状为倒立后的“u”形，所述卡块的底部适配卡接于二号搅拌桨的顶部，所述卡块底部的两面与移动块固定连接；卡块的倒“u”形设计能够使得在进行卡接同步转动的同时，还能进行上下移动，完成移动块的带动功能。
22.作为本发明的进一步方案，所述二号搅拌桨和发酵罐内壁之间的距离值与一号搅拌桨和发酵罐内壁之间的距离值相等；一号搅拌桨和二号搅拌桨的搅拌程度需要保持相同，从而保持培养液的搅拌频率同步。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1.本发明通过设置有二号搅拌桨与搅拌轴相连通，使得来自进气管外接的空气在经过空气过滤筒的无菌处理进入二号连通槽内部，在减速电机带动搅拌轴和二号搅拌桨转动的过程中，通过在二号连通槽内部产生的离心力向三号弹簧的方向移动，从而解除对出气口内侧的封堵，然后通过离心力作用于出气机构，将出气口的外侧封堵解除，同时，通过转动的二号搅拌桨带动二号套环和转动，利用培养液对一号搅拌桨的阻力作用形成一号弹簧被转动时产生压缩受力，进而向下压制二号套环、卡块和移动块使得移动块进入二号连通槽内部，降低二号连通槽的空气通过面积，进而提高空气流速，使得进入发酵罐内腔的无菌空气直接溶入培养液的内部然后迅速反应，提高了培养液的反应速率。
25.2.本发明通过设置有二号套环与二号搅拌桨活动卡接，使得转动中的二号搅拌桨通过二号套环带动一号弹簧转动，利用培养液对一号搅拌桨形成的液体阻力形成一号搅拌桨与二号搅拌桨的转速差，随着一号弹簧被转动受力的程度逐渐增加，其转动扭力逐渐大于一号搅拌桨所受的液体阻力，然后逐渐带动一号套环和一号搅拌桨进行低转速的转动，在培养液的上下分区形成不同的搅拌频率，使得因离心力而恒定分布的培养液中的物质不
会集中于一个区域，使得搅拌后的反应更及时与充分。
26.3.本发明通过设置有一号弹簧使其两端分别与一号套环和二号套环固定连接，在搅拌轴带动二号搅拌桨和二号套环高速转动的过程中，经过对一号弹簧的转动施压，使得一号弹簧的扭力势能逐渐增大，一方面降低培养液对一号搅拌桨的阻力影响，降低搅拌轴的转动动能损耗，同时，经过二号搅拌桨低培养液进行转动搅拌，以培养液的转速带动一号搅拌桨进行辅助转动，降低对搅拌轴的扭力施压，降低来自减速电机的能源损失。
附图说明
27.图1为本发明总体结构示意图；
28.图2本发明总体结构的正面内部结构示意图；
29.图3本发明图2中a处结构的放大示意图；
30.图4本发明总体结构的正面局部剖切示意图；
31.图5本发明图4中b处结构的放大示意图；
32.图6本发明搅拌轴和二号搅拌桨的俯视剖切示意图；
33.图7本发明搅拌轴、一号套环、一号搅拌桨、一号弹簧、二号套环、卡块、二号搅拌桨、密封槽和出气机构的分解示意图；
34.图8为本发明二号搅拌桨和移动块的纵向剖切示意图；
35.图9本发明二号套环、卡块、二号搅拌桨、出气机构和四号弹簧的分解示意图。
36.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
37.1、发酵罐；101、进料口；102、观察口；103、出料口；2、减速电机；3、密封轴；4、进气管；5、搅拌轴；6、一号套环；7、一号搅拌桨；8、一号弹簧；9、二号套环；10、卡块；11、二号搅拌桨；12、密封槽；13、出气机构；131、限位板；132、密封板；133、二号弹簧；134、出气管；14、连接管；15、一号连通槽；16、空气过滤筒；17、二号连通槽；18、密封柱；19、三号弹簧；20、移动块；21、四号弹簧；22、出气口。
具体实施方式
38.请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种液体菌种全自动发酵培养系统，包括发酵罐1和进气管4，发酵罐1的顶部固定安装有减速电机2，减速电机2的底端传动连接有位于发酵罐1内部的搅拌轴5，搅拌轴5外表面的底端固定连通有二号搅拌桨11，二号搅拌桨11的内部开设有二号连通槽17，二号连通槽17的内壁活动套接有密封柱18和三号弹簧19，二号搅拌桨11的外表面开设有出气口22，二号搅拌桨11的外表面固定连接有出气机构13，搅拌轴5的内部开设有一号连通槽15且一号连通槽15的内壁固定套接有空气过滤筒16，搅拌轴5的底端设置有进气机构，搅拌轴5的外表面活动套接有位于二号搅拌桨11顶部的二号套环9、一号弹簧8、一号套环6和一号搅拌桨7，二号搅拌桨11的顶部活动卡接有卡块10，二号搅拌桨11内壁的顶部开设有密封槽12，卡块10的底部固定连接有移动块20，卡块10内壁的顶部与二号搅拌桨11之间弹性连接有四号弹簧21；
39.本系统在工作时，打开进料口101，将菌种培养液适量倒入发酵罐1的内腔并使液面没过一号搅拌桨7，然后关闭进料口101，将进气管4外接气泵并通过密封轴3和连接管14向一号连通槽15通入空气，启动减速电机2并带动搅拌轴5和二号搅拌桨11转动，转动中的
二号搅拌桨11对菌种培养液进行搅拌混合，二号连通槽17的内部：密封柱18受到离心力与来自气泵的高压气流作用向三号弹簧19移动并压缩三号弹簧19，使得密封柱18不再对出气口22形成封堵作用，同时，出气机构13在离心力的作用下也解除对出气口22的封堵，使得经过空气过滤筒16过滤净化的无菌空气进入发酵罐1的内腔，从而充分与菌种培养液混合，完成发酵前的准备工作；转动中的二号搅拌桨11带动二号套环9转动，然后带动一号弹簧8使得一号弹簧8的下端绕着自身轴向转动，使得一号弹簧8受力并带动一号套环6和一号搅拌桨7转动，由于一号搅拌桨7受到培养液的液体阻力造成与二号搅拌桨11之间的转速差，使得发酵罐1内腔中培养液的上下两部的搅拌频率不停，一方面，使得培养液的搅拌程度更加均匀，同时，被转动受力的一号弹簧8相当于被压缩，从而向下推动二号套环9和卡块10，带动移动块20沿着密封槽12的内壁向下移动，从而减少了二号连通槽17的横截面积，增大了空气的通过速度，提高了培养液与无菌空气的接触、反应效率。
40.通过设置有二号搅拌桨11与搅拌轴5相连通，使得来自进气管4外接的空气在经过空气过滤筒16的无菌处理进入二号连通槽17内部，在减速电机2带动搅拌轴5和二号搅拌桨11转动的过程中，通过在二号连通槽17内部产生的离心力向三号弹簧19的方向移动，从而解除对出气口22内侧的封堵，然后通过离心力作用于出气机构13，将出气口22的外侧封堵解除，同时，通过转动的二号搅拌桨11带动二号套环9和一号搅拌桨7转动，利用培养液对一号搅拌桨7的阻力作用形成一号弹簧8被转动时产生压缩受力，进而向下压制二号套环9、卡块10和移动块20使得移动块20进入二号连通槽17内部，降低二号连通槽17的空气通过面积，进而提高空气流速，使得进入发酵罐1内腔的无菌空气直接溶入培养液的内部然后迅速反应，提高了培养液的反应速率。
41.通过设置有二号套环9与二号搅拌桨11活动卡接，使得转动中的二号搅拌桨11通过二号套环9带动一号弹簧8转动，利用培养液对一号搅拌桨7形成的液体阻力形成一号搅拌桨7与二号搅拌桨11的转速差，随着一号弹簧8被转动受力的程度逐渐增加，其转动扭力逐渐大于一号搅拌桨7所受的液体阻力，然后逐渐带动一号套环6和一号搅拌桨7进行低转速的转动，在培养液的上下分区形成不同的搅拌频率，使得因离心力而恒定分布的培养液中的物质不会集中于一个区域，使得搅拌后的反应更及时与充分。
42.其中，二号套环9和卡块10固定连接，一号弹簧8的上下两端分别与一号套环6和二号套环9弹性连接，一号套环6的外表面固定连接有一号搅拌桨7，一号套环6的顶部与固定套接于搅拌轴5外表面的限位环限位接触；
43.被搅拌轴5带动而进行高速转动的二号搅拌桨11通过二号套环9和一号弹簧8带动一号套环6和一号搅拌桨7进行转动，一号搅拌桨7在培养液阻力与来自二号搅拌桨11的转动扭力之间进行低转速的转动，从而将培养液上层区域的转速维持在一个很低的水平，使得培养液的上下分区形成对流。
44.通过设置有一号弹簧8使其两端分别与一号套环6和二号套环9固定连接，在搅拌轴5带动二号搅拌桨11和二号套环9高速转动的过程中，经过对一号弹簧8的转动施压，使得一号弹簧8的扭力势能逐渐增大，一方面降低培养液对一号搅拌桨7的阻力影响，降低搅拌轴5的转动动能损耗，同时，经过二号搅拌桨11低培养液进行转动搅拌，以培养液的转速带动一号搅拌桨7进行辅助转动，降低对搅拌轴5的扭力施压，降低来自减速电机2的能源损失。
45.其中，出气机构13包括出气管134，出气管134的外表面活动套接有限位板131，限位板131的内壁与出气管134的外表面之间弹性连接有二号弹簧133，限位板131的正面固定连接有密封板132，密封板132与出气管134的开口处密封接触；
46.限位板131通过二号弹簧133与出气管134的外表面固定连接，在搅拌轴5带动二号搅拌桨11转动的过程中，离心力带动限位板131沿着二号搅拌桨11的轴向向外侧移动，拉伸二号弹簧133，从而带动密封板132离开出气管134的开口处，使得无菌空气进入发酵罐1的内腔，同时在停止转动时，利用二号弹簧133的弹性势能将密封板132拉回复位，利用培养液的液压对密封板132施压，对出气管134的开口处进行封堵。
47.其中，进气机构包括固定安装于发酵罐1底部的密封轴3，密封轴3的左侧固定连接有进气管4，密封轴3的内部密封套接有连接管14，连接管14的顶端与搅拌轴5固定连接；进气管4可外接气泵提供空气来源，连接管14与搅拌轴5固定连接，在搅拌轴5转动的过程中带动连接管14转动，使得连接管14密封套接与密封轴3的内部，不影响进气。
48.其中，发酵罐1顶部的右侧还固定连接有进料口101，发酵罐1的正面固定安装有观察口102，发酵罐1底部的右侧固定安装有出料口103；进料口101负责进料，其通过法兰盘进行固定与密封，可靠性高，观察口102内置透明耐高温玻璃，可供工作人员对发酵罐1内腔的培养液进行观察。
49.其中，二号搅拌桨11的数量为两个且分别分布于搅拌轴5外表面的左右两侧，二号连通槽17与一号连通槽15连通；
50.二号搅拌桨11以对称的形式分布于搅拌轴5的外表面，来自进气管4的外界空气可经由一号连通槽15进入二号连通槽17，在空气过滤筒16完成除菌操作，二号搅拌桨11横截面的矩形分布可提高对培养液的搅拌程度，提高反应效率。
51.其中，密封柱18通过三号弹簧19弹性支撑于二号连通槽17的内壁，密封柱18的外表面与出气口22密封接触；
52.三号弹簧19对密封柱18施压，使其外表面封堵于出气口22的开口处，在搅拌轴5停止转动的时候，将出气口22封堵起来，一方面可防止外界的空气进入发酵罐1的内腔，破坏发酵罐1内部的无菌环境，同时，防止培养液进入二号连通槽17。
53.其中，卡块10的纵截面形状为倒立后的“u”形，卡块10的底部适配卡接于二号搅拌桨11的顶部，卡块10底部的两面与移动块20固定连接；卡块10的倒“u”形设计能够使得在进行卡接同步转动的同时，还能进行上下移动，完成移动块20的带动功能。
54.其中，二号搅拌桨11和发酵罐1内壁之间的距离值与一号搅拌桨7和发酵罐1内壁之间的距离值相等；一号搅拌桨7和二号搅拌桨11的搅拌程度需要保持相同，从而保持培养液的搅拌频率同步。
55.工作原理：
56.本系统在工作时，打开进料口101，将菌种培养液适量倒入发酵罐1的内腔并使液面没过一号搅拌桨7，然后关闭进料口101，将进气管4外接气泵并通过密封轴3和连接管14向一号连通槽15通入空气，启动减速电机2并带动搅拌轴5和二号搅拌桨11转动，转动中的二号搅拌桨11对菌种培养液进行搅拌混合，二号连通槽17的内部：密封柱18受到离心力与来自气泵的高压气流作用向三号弹簧19移动并压缩三号弹簧19，使得密封柱18不再对出气口22形成封堵作用，同时，出气机构13在离心力的作用下也解除对出气口22的封堵
①
，使得
经过空气过滤筒16过滤净化的无菌空气进入发酵罐1的内腔，从而充分与菌种培养液混合，完成发酵前的准备工作；转动中的二号搅拌桨11带动二号套环9转动，然后带动一号弹簧8使得一号弹簧8的下端绕着自身轴向转动，使得一号弹簧8受力并带动一号套环6和一号搅拌桨7转动，由于一号搅拌桨7受到培养液的液体阻力造成与二号搅拌桨11之间的转速差，使得发酵罐1内腔中培养液的上下两部的搅拌频率不停，一方面，使得培养液的搅拌程度更加均匀，同时，被转动受力的一号弹簧8相当于被压缩，从而向下推动二号套环9和卡块10，带动移动块20沿着密封槽12的内壁向下移动，从而减少了二号连通槽17的横截面积，增大了空气的通过速度，提高了培养液与无菌空气的接触、反应效率。