一种高压细胞培养舱自动控制系统

技术领域

本发明涉及高压细胞培养舱技术领域，特别是涉及一种高压细胞培养舱自动控制系统。

背景技术

本单位和大学之前联合设计了一款高压细胞培养舱并申请了专利，申请号为2018115822134，此专利仅通过控制高压气源中二氧化碳浓度即可实现不同压强下舱内的二氧化碳分压控制，并未考虑到舱体内氧浓度的情况是否适用于细胞培养；此专利对舱体内的温度进行了加热，并未考虑到舱体内温度较高需要降温的情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种高压细胞培养舱自动控制系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种高压细胞培养舱自动控制系统，所述高压细胞培养舱包括舱体和舱门，所述舱体内放置有细胞培养皿，其特点在于，所述系统包括：所述舱体固定连通有加压管路的一端，所述加压管路的另一端外接混合气源，所述加压管路上且位于舱体外部设有加压电动阀，所述舱体固定连通有减压管路的一端，所述减压管路的另一端置于舱体外，所述减压管路上且位于舱体外部设有减压电动阀，所述舱体固定连通有补氧管路的一端，所述补氧管路的另一端外接纯氧气源，所述补氧管路上且位于舱体外部设有补氧电动阀，所述舱体固定连通有补二氧化碳管路的一端，所述补二氧化碳管路的另一端外接纯二氧化碳气源，所述补二氧化碳管路上且位于舱体外部设有补二氧化碳电动阀。

所述舱体内且远离舱门的那端固定有热水盘管、制冷剂盘管和风机，所述热水盘管的进热水口穿设舱体并通过第二循环进热水管与循环水泵的出水口连接相通，所述循环水泵的进水口通过第一循环进热水管与水箱的出水口连接相通，所述水箱内设有电加热器，所述第二循环进热水管上设有进热水电动阀，所述热水盘管的回水口穿设舱体并通过循环回水管与水箱的回水口连接相通，所述循环回水管上设有回水电动阀，所述制冷剂盘管的进制冷剂口穿设舱体并通过第二循环进制冷剂管与循环制冷剂泵的出口连接相通，所述循环制冷剂泵的进口通过第一循环进制冷剂管与制冷设备的出口连接相通，所述第二循环进制冷剂管上设有进制冷剂电动阀，所述制冷剂盘管的回制冷剂口穿设舱体并通过循环回制冷剂管与制冷设备的回口连接相通，所述循环回制冷剂管上设有回制冷剂电动阀，所述舱体内设有温度传感器，制冷设备54为现有市售产品。

所述舱体固定连通有测压管路的一端，所述测压管路的另一端密封并穿设舱体，所述测压管路上且位于舱体的外部设有测压电动阀和压力传感器，所述舱体固定连通有采样管路的一端，所述采样管路的另一端穿设舱体后通过减压器与气体分析仪连接相通，所述采样管路上且位于舱体的外部设有采样电动阀。

所述控制器用于控制压力传感器开启、测压电动阀打开，接收压力传感器检测的舱体内的压力值，判断舱体内的压力值与目标模拟水下深度对应的压力值的关系，在舱体内的压力值低于目标模拟水下深度对应的压力值时控制加压电动阀打开，混合气源中的混合气通过加压管路对舱体内加压直至舱体内的压力值达到目标模拟水下深度对应的压力值，关闭加压电动阀，在舱体内的压力值高于目标模拟水下深度对应的压力值时控制减压电动阀打开，舱体内的混合气通过减压管路排出直至舱体内的压力值达到目标模拟水下深度对应的压力值，关闭减压电动阀。

所述控制器用于控制气体分析仪开启、采样电动阀打开，舱体内的气体流经采样管路并经减压器减压后流入气体分析仪，所述气体分析仪用于分析舱体内的气体中氧浓度值和二氧化碳浓度值，所述控制器用于判断氧浓度值是否低于设定氧浓度值，在为是时控制补氧电动阀打开，纯氧气源中的氧气通过补氧管路对舱体内补氧直至舱体内氧气浓度值达到设定氧浓度值，所述控制器用于判断二氧化碳浓度值是否低于设定二氧化碳浓度值，在为是时控制补二氧化碳电动阀打开，纯二氧化碳气源中的二氧化碳通过补二氧化碳管路对舱体内补二氧化碳直至舱体内二氧化碳浓度值达到设定二氧化碳浓度值。

所述温度传感器用于检测舱体内的温度并将温度值传输至控制器。

所述控制器用于判断温度值是否低于设定温度范围的下限值，在为是时控制电加热器开启，电加热器对水箱内的水进行加热，加热设定时间后控制循环水泵开启、进热水电动阀和回水电动阀打开，循环水泵泵取水箱内的热水，使得水箱内的水依次流经第一循环进热水管、循环水泵和第二循环进热水管后流入热水盘管内与舱体内的空气进行热交换，热交换后的水通过循环回水管流入水箱内，舱体内温度升高直至舱体内温度值达到设定温度范围中的目标温度值，暂停电加热器和循环水泵工作、关闭进热水电动阀和回水电动阀。

所述控制器用于判断温度值是否高于设定温度范围的上限值，在为是时控制制冷设备开启，制冷设定时间后控制循环制冷剂泵开启、进制冷剂电动阀和回制冷剂电动阀打开，循环制冷剂泵泵取制冷设备内的制冷剂，使得制冷设备内的制冷剂依次流经第一循环进制冷剂管、循环制冷剂泵和第二循环进制冷剂管后流入制冷剂盘管内与舱体内的空气进行热交换，热交换后的制冷剂通过循环回制冷剂管流入制冷设备内，舱体内温度降低直至舱体内温度值达到设定温度范围中的目标温度值，暂停制冷设备和循环制冷剂泵工作、关闭进制冷剂电动阀和回制冷剂电动阀。

本发明的积极进步效果在于：

本发明相对于之前申请的专利，本发明设有舱体内压力控制结构及其控制过程，使得舱体内的压力始终保持在目标模拟水下深度对应的压力值。

本发明相对于之前申请的专利，不仅考虑了二氧化碳浓度控制，还考虑到了氧浓度控制，本发明设有舱体内氧浓度和二氧化碳浓度控制结构及其控制过程，在舱体内的氧浓度值低时进行补氧，在舱体内的二氧化碳浓度值低时进行补二氧化碳，使得舱体内的氧浓度值和二氧化碳浓度值分别始终保持在设定氧浓度值和设定二氧化碳浓度值。

本发明相对于之前申请的专利，不仅考虑了舱体内温度低的情况，还考虑到了舱体内温度高的情况，本发明设有舱体内温度控制结构及其控制过程，在舱体内的温度低时进行加热升温，在舱体内的温度高时进行制冷降温，使得舱体内的温度始终保持在设定温度范围中，且本发明的加热方式(水加热)与之前申请的专利的加热方式(气体加热)不同。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的高压细胞培养舱自动控制系统的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的制热温度控制的控制原理图。

图3为本发明较佳实施例的制冷温度控制的控制原理图。

图4为本发明较佳实施例的压力控制、氧浓度和二氧化碳浓度控制的控制原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，本实施例提供一种高压细胞培养舱自动控制系统，高压细胞培养舱包括舱体1和舱门2，舱体1内放置有细胞培养皿。高压细胞培养舱是细菌、细胞培的实验仪器，原理是在培养舱内造成微生物、细胞和细菌生长繁殖的人工环境，如控制一定的温度、压力等。

系统包括：舱体1固定连通有加压管路3的一端，加压管路3的另一端外接混合气源4，加压管路3分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，加压管路3上且位于舱体1外部设有加压电动阀5；舱体1固定连通有减压管路6的一端，减压管路6的另一端置于舱体1外，减压管路6分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，减压管路6上且位于舱体1外部设有减压电动阀7；舱体1固定连通有补氧管路8的一端，补氧管路8的另一端外接纯氧气源9，补氧管路8分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，补氧管路8上且位于舱体1外部设有补氧电动阀10；舱体1固定连通有补二氧化碳管路11的一端，补二氧化碳管路11的另一端外接纯二氧化碳气源12，补二氧化碳管路11分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，补二氧化碳管路11上且位于舱体1外部设有补二氧化碳电动阀13。

舱体1内且远离舱门2的那端固定有热水盘管14、制冷剂盘管15和风机16，风机16位于热水盘管14和制冷剂盘管15的上方，热水盘管14和制冷剂盘管15错位布设，如热水盘管14相对于制冷剂盘管15更靠近舱体1内且远离舱门2的那端。

热水盘管14的进热水口穿设舱体1并通过第二循环进热水管17与循环水泵18的出水口连接相通，循环水泵18的进水口通过第一循环进热水管19与水箱20的出水口连接相通，水箱20内设有电加热器21，第二循环进热水管17上设有进热水电动阀22，热水盘管14的回水口穿设舱体1并通过循环回水管23与水箱20的回水口连接相通，循环回水管23上设有回水电动阀24。

而且，水箱20的正上方设有补水箱25，补水箱25与水箱20之间通过补水管路26连接相通，补水管路26上设有补水电动阀27，水箱20内设有液位传感器28，补水箱25的上部设有外接自来水的供水插口29。

舱体1内设有温度传感器30，温度传感器30与控制器31电连接。

制冷剂盘管15的进制冷剂口穿设舱体1并通过第二循环进制冷剂管32与循环制冷剂泵33的出口连接相通，循环制冷剂泵33的进口通过第一循环进制冷剂管34与制冷设备35(现有设备)的出口连接相通，第二循环进制冷剂管32上设有进制冷剂电动阀36，制冷剂盘管15的回制冷剂口穿设舱体1并通过循环回制冷剂管37与制冷设备35的回口连接相通，循环回制冷剂管37上设有回制冷剂电动阀38。

舱体1固定连通有测压管路39的一端，测压管路39的另一端密封且穿设舱体1，测压管路39分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，测压管路39上设有测压电动阀40、压力传感器41和压力表42，测压电动阀40、压力传感器41和压力表42置于舱体1外。其中压力表42为Y-150B型精密压力表，量程0-4.0MPa，精密级0.4级，压力表42用于显示舱体1内的实时压力值，压力表42放置在便于观察的部位。

舱体1固定连通有采样管路43的一端，采样管路43的另一端穿设舱体1后通过减压器44(YQY-9型)、流量计45与气体分析仪46连接相通，采样管路43分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，采样管路43上设有采样电动阀47，减压器44、流量计45、气体分析仪46和采样电动阀47置于舱体1外；减压器44还与空气源48进行管路连接、管路上设有校准电动阀49。其中流量计45的量程为40-400ml/min，用于检测采样管路经减压器44减压后的气体流量。气体分析仪46可以采用MSA型数显气体分析仪，用于检测舱体内环境气体的氧浓度和二氧化碳浓度，当被测介质氧浓度或二氧化碳浓度达到设定值时，则有声光报警信号显示。

下面具体介绍高压细胞培养舱自动控制系统的自动控制过程：

舱体内压力控制过程：控制器31用于控制压力传感器41开启、测压电动阀40打开，接收压力传感器41检测的舱体1内的压力值，判断舱体1内的压力值与目标模拟水下深度对应的压力值的关系，在舱体1内的压力值低于目标模拟水下深度对应的压力值时控制加压电动阀5打开，混合气源4中的混合气通过加压管路3对舱体1内加压直至舱体1内的压力值达到目标模拟水下深度对应的压力值，关闭加压电动阀5，在舱体1内的压力值高于目标模拟水下深度对应的压力值时控制减压电动阀7打开，舱体1内的混合气通过减压管路6排出直至舱体1内的压力值达到目标模拟水下深度对应的压力值，关闭减压电动阀7。从而实现舱体内压力控制，使得舱体1内的压力始终保持在目标模拟水下深度对应的压力值。

舱体内氧浓度和二氧化碳浓度控制过程：在使用之前对气体分析仪46进行校准，控制器31用于控制校准电动阀49打开，空气源48中的标准空气通过校准电动阀49、减压器44、流量计45后进入气体分析仪46，利用标准空气对气体分析仪46进行校准。使用时，控制器31用于控制气体分析仪46开启、采样电动阀47打开，舱体1内的气体流经采样管路43并经减压器44和流量计45减压后流入气体分析仪46，气体分析仪46用于分析舱体1内的气体中氧浓度值和二氧化碳浓度值，控制器31用于判断氧浓度值是否低于设定氧浓度值，在为是时控制补氧电动阀10打开，纯氧气源9中的氧气通过补氧管路8对舱体1内补氧直至舱体1内氧气浓度值达到设定氧浓度值，控制器31用于判断二氧化碳浓度值是否低于设定二氧化碳浓度值，在为是时控制补二氧化碳电动阀13打开，纯二氧化碳气源12中的二氧化碳通过补二氧化碳管路11对舱体1内补二氧化碳直至舱体1内二氧化碳浓度值达到设定二氧化碳浓度值。从而实现舱体1内氧浓度和二氧化碳浓度控制，使得舱体1内的氧浓度值和二氧化碳浓度值分别始终保持在设定氧浓度值和设定二氧化碳浓度值。

舱体内温度控制过程：温度传感器30用于检测舱体1内的温度并将温度值传输至控制器31。控制器31用于判断温度值是否低于设定温度范围的下限值，在为是时控制电加热器21开启，电加热器21对水箱20内的水进行加热，加热设定时间后控制循环水泵18开启、进热水电动阀22和回水电动阀24打开，循环水泵18泵取水箱20内的热水，使得水箱20内的水依次流经第一循环进热水管19、循环水泵18和第二循环进热水管17后流入热水盘管14内与舱体1内的空气进行热交换，热交换后的水通过循环回水管23流入水箱20内，舱体1内温度升高直至舱体1内温度值达到设定温度范围中的目标温度值，暂停电加热器21和循环水泵18工作、关闭进热水电动阀22和回水电动阀24。液位传感器28用于检测水箱20内的水位并将水位值传输给控制器31，控制器31用于判断水位值是否低于设定液位值，在为是时开启补水电动阀27，以使得补水箱26内的水通过补水管路26流入水箱20内。

控制器31用于判断温度值是否高于设定温度范围的上限值，在为是时控制制冷设备35开启，制冷设定时间后控制循环制冷剂泵33开启、进制冷剂电动阀36和回制冷剂电动阀38打开，循环制冷剂泵33泵取制冷设备35内的制冷剂，使得制冷设备35内的制冷剂依次流经第一循环进制冷剂管34、循环制冷剂泵33和第二循环进制冷剂管32后流入制冷剂盘管15内与舱体1内的空气进行热交换，热交换后的制冷剂通过循环回制冷剂管37流入制冷设备35内，舱体1内温度降低直至舱体1内温度值达到设定温度范围中的目标温度值，暂停制冷设备35和循环制冷剂泵33工作、关闭进制冷剂电动阀36和回制冷剂电动阀38。从而实现舱体1内温度控制，使得舱体1内的温度始终保持在设定温度范围中。

在上述控制过程中，控制器31控制风机16开启，使得舱体1内的温度分布均匀。

此外，舱体1的底部固定连通有排污管路的一端，排污管路的另一端置于舱体外，排污管路分别位于舱体1内外的部分采用通舱管件连接相通，排污管路上设有排污电动阀，控制器用于控制排污电动阀打开，使得舱体内的污水通过排污管路排出。

本方案可以在温度传感器30与控制器31之间的测温管路上设置有温度显示仪，温度显示仪置于舱体1外，温度显示仪用于显示舱体1内的实时温度值。温度显示仪可以采用WMNK-404型数显温控仪，该仪器专门用于压力环境下的温度显示，温度量程0-100℃，精度±0.2℃，温度显示仪放置在便于观察的部位。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。