一种分体式冻融机

技术领域

本发明属于冻融领域，尤其是涉及一种分体式冻融机。

背景技术

现有生物制药中蛋白的冻融设备的结构是通过冷/热板直接对需要冻融的样品进行冷冻或解冻，即将冷/热媒介质通入固定的空心板中循环，将待冷冻/解冻样品置于板上，通过与板中冷、热介质的热交换进行冷冻或解冻，但是这种结构形式往往使样品在冷冻时不能与冷媒全方位的充分接触而导致冷冻速度低，冷冻不均一而产生较严重的低温浓缩现象，也会造成解冻后样品内浓度不均一而影响蛋白使用效果。另外，这种结构形式还需要另外配备制冷系统，制热系统，循环管路系统等。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种分体式冻融机。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种分体式冻融机，包括冷冻箱与解冻箱，所述的解冻箱内设置有摇摆机构与若干的加热机构，所述的加热机构均与所述的摇摆机构相连；

所述的摇摆机构包括驱动组件与2个导向组件，所述的导向组件均与所述的驱动组件相连；

所述的冷冻箱内设置有分气屏组件。

进一步，所述的解冻箱内设置有固定侧板，所述的固定侧板上设置有竖直滑轨，所述的导向组件包括竖直升降板，所述的竖直升降板的一侧设置有与所述的竖直滑轨相配合的竖直滑块；

所述的竖直升降板的另一侧设置有若干的水平滑轨，所述的水平滑轨上设置有与其相配合的水平滑块，所述的水平滑块上设有摆动轴承孔，所述的导向组件通过所述的摆动轴承孔与所述的加热机构相连。

进一步，所述的驱动组件包括支撑轴承座、滚珠丝杠、螺母、固定轴承座与伺服电机，所述的滚珠丝杠的一端与伺服电机连接，并通过固定轴承座进行支撑，另一端与支撑轴承座连接，所述的螺母与所述的滚珠丝杠相连，所述的螺母通过连接板与所述的竖直升降板相连。

进一步，所述的固定侧板上设有若干的固定轴承孔，所述的固定侧板通过所述的固定轴承孔与所述的加热机构相连。

进一步，所述的加热机构包括下加热板与上加热板，所述的上加热板位于所述的下加热板的上方，所述的下加热板与上加热板之间设置有加热升降组件与若干的导向柱。加热升降组件包括齿轮、齿条与电机，齿轮与电机固定于下加热板上，齿条固定于上加热板上，电机驱动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，从而带动上加热板进行升降。

进一步，所述的下加热板的两侧均设置有固定旋转轴，所述的固定旋转轴与所述的固定轴承孔相连，所述的下加热板的两侧均设置有摆动旋转轴，所述的摆动旋转轴与所述的摆动轴承孔相连，所述的摆动旋转轴位于所述的固定旋转轴的一侧。

进一步，所述的分气屏组件包括分气底板，所述的分气底板上设有若干的分气区，所述的分气区包括若干的结构相同的分气孔组，所述的分气孔组由围绕其圆心均匀分布的若干个分气孔组成，所述的分气孔组的上方均设置有分气调整板，所述的分气调整板的结构与所述的分气孔组的结构相同，所述的分气调整板与所述的分气底板通过旋转锁紧轴进行转动连接；所述的分气孔呈扇形结构。

进一步，所述的冷冻箱的内侧上部设置有循环通道，所述的循环通道的下方设置有若干的冷冻腔，所述的冷冻箱的内侧两端分别设置有回/排风腔、液氮气化腔，所述的冷冻腔的一端与所述的液氮气化腔相连通，另一端与所述的回/排风腔相连通，所述的回/排风腔的顶部与所述的循环通道相连通，所述的液氮气化腔的顶部设置有离心叶轮，所述的离心叶轮位于所述的循环通道的一侧，所述的分气屏组件位于所述的液氮气化腔与冷冻腔之间；所述的回/排风腔上设置有若干的单向风门。冷冻腔之间通过托板进行分隔。所述的液氮气化腔连接有电磁阀。

进一步，所述的冷冻箱包括冷冻主体与冷冻密封保温门，所述的冷冻密封保温门的内侧设置有外层密封圈，所述的冷冻主体的外侧设置有冷冻密封门框，所述的冷冻密封门框上设置有内层密封圈。冷冻箱采用内外两道密封圈，整个冷冻箱主体外部包裹超低温保温棉，以减少与外界的热交换，提升热效率。

进一步，所述的解冻箱包括解冻主体与解冻密封门，所述的解冻密封门的内侧设置有解冻密封条，所述的解冻主体的外侧设置有解冻封板框架。

关于冷冻：将需要冷冻的样品放入特制冷冻箱中，向箱内喷放液氮使其降温，并通过箱内温度传感器控制液氮供应管路电磁阀的通断控制液氮的供给量，从而控制冷冻箱内的温度。整个降温过程采取程序降温的形式，即降温过程按照设定好的程序以一定的速率进行，此速率根据样品冷冻特性确定，降到设定温度并保持一定时间后，即可取出。

关于解冻：解冻采取上下双层加热板同时加热的工艺，这样有效缩短了解冻路径，扩大了换热面积，提高解冻效率。解冻之前先将解冻箱进行预热，即将加热板加热到设定温度，保温一定时间后，将解冻样品放入解冻箱中的加热板上，同时通过程序和温度传感器反馈控制加热板保持在设定温度，直至解冻完成。当解冻样品完全变成液体后进行摇摆混匀。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的分体式冻融机在冷冻部分采用液氮作为冷媒，其气化后与待冷冻样品进行全方位的直接接触，使样品本身在各个方位同时冷冻，提高了冷冻效率及冷冻均一性，通过分气屏组件保证了整个冷冻箱内各个冷冻腔温度的均一；还通过合理的氮气循环路径节约了液氮消耗；在解冻部分采用上、下加热板压紧解冻样品同时加热的结构有效缩短了解冻加热路径，提高了解冻效率，同时采用解冻后的摇摆结构，使解冻后样品内的各处浓度均一；且本发明无需另外设置制冷系统，制热系统，循环管路系统等，节约了设备的成本投入。

附图说明

图1为本发明实施例所述的分体式冻融机的示意图；

图2为本发明实施例所述的冷冻箱的示意图；

图3为本发明实施例所述的冷冻主体的内部结构示意图；

图4为本发明实施例所述的冷冻主体的侧视图；

图5为本发明实施例所述的解冻箱的示意图；

图6为本发明实施例所述的解冻主体的主视图；

图7为本发明实施例所述的解冻主体的剖视图；

图8为本发明实施例所述的加热机构的正视图；

图9为本发明实施例所述的加热机构的后视图；

图10为本发明实施例所述的摇摆机构的正视图；

图11为本发明实施例所述的摇摆机构的后视图；

图12为本发明实施例所述的分气屏组件的示意图；

图13为本发明实施例所述的分气屏组件的局部放大图：左侧为分气调整板与分气孔组交错的状态，中间为分气调整板与分气孔组完全不重叠的状态，右侧为分气调整板与分气孔组完全重叠的状态；

附图标记说明：

1、冷冻箱；2、操作屏；3、解冻箱；4、冷冻密封保温门；5、外层密封圈；6、冷冻主体；7、内层密封圈；8、冷冻密封门框；9、冷冻腔；10、单向风门；11、回/排风腔；12、冷冻温度传感器；13、循环通道；14、离心叶轮；15、液氮气化腔；16、分气屏组件；17、托板；18、电磁阀；19、解冻门框；20、解冻主体；21、解冻密封条；22、解冻密封门；23、解冻封板框架；24、摇摆机构；25、加热机构；26、解冻腔；27、下加热板；28、导向柱；29、上加热板；30、固定旋转轴；31、摆动旋转轴；32、加热升降组件；33、解冻温度传感器；34、导向组件；35、水平滑轨；36、水平滑块；37、摆动轴承孔；38、固定轴承孔；39、固定侧板；40、竖直升降板；41、分气底板；42、分气调整板；43、旋转锁紧轴；44、驱动组件；45、支撑轴承座；46、滚珠丝杠；47、螺母；48、固定轴承座；49、伺服电机；50、竖直滑轨；51、竖直滑块；52、分气孔组。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

如图1-13所示，包括冷冻箱1与解冻箱3，所述的解冻箱3内设置有摇摆机构24与4个加热机构25，所述的加热机构25均与所述的摇摆机构24相连；

所述的摇摆机构24包括驱动组件44与2个导向组件34，所述的导向组件34均与所述的驱动组件44相连；

所述的冷冻箱1内设置有分气屏组件16。

所述的解冻箱3内设置有固定侧板39，所述的固定侧板39上设置有竖直滑轨50，所述的导向组件34包括竖直升降板40，所述的竖直升降板40的一侧设置有与所述的竖直滑轨50相配合的竖直滑块51；

所述的竖直升降板40的另一侧设置有4个水平滑轨35，所述的水平滑轨35上设置有与其相配合的水平滑块36，所述的水平滑块36上设有摆动轴承孔37，所述的导向组件34通过所述的摆动轴承孔37与所述的加热机构25相连。

所述的驱动组件44包括支撑轴承座45、滚珠丝杠46、螺母47、固定轴承座48与伺服电机49，所述的滚珠丝杠46的一端与伺服电机49连接，并通过固定轴承座48进行支撑，另一端与支撑轴承座45连接，所述的螺母47与所述的滚珠丝杠46相连，所述的螺母47通过连接板与所述的竖直升降板40相连。

所述的固定侧板39上设有4个固定轴承孔38，所述的固定侧板39通过所述的固定轴承孔38与所述的加热机构25相连。

所述的加热机构25包括下加热板27与上加热板29，所述的上加热板29位于所述的下加热板27的上方，所述的下加热板27与上加热板29之间设置有加热升降组件32与4个导向柱28。加热升降组件32包括齿轮、齿条与电机，齿轮与电机固定于下加热板27上，齿条固定于上加热板29上，电机驱动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，从而带动上加热板29进行升降。

所述的下加热板27的两侧均设置有固定旋转轴30，所述的固定旋转轴30与所述的固定轴承孔38相连，所述的下加热板27的两侧均设置有摆动旋转轴31，所述的摆动旋转轴31与所述的摆动轴承孔37相连，所述的摆动旋转轴31位于所述的固定旋转轴30的一侧。

所述的分气屏组件16包括分气底板41，所述的分气底板41上设有4个分气区，所述的分气区包括10个结构相同的分气孔组52，所述的分气孔组52由围绕其圆心均匀分布的若干个分气孔组52成，所述的分气孔组52的上方均设置有分气调整板42，所述的分气调整板42的结构与所述的分气孔组52的结构相同，所述的分气调整板42与所述的分气底板41通过旋转锁紧轴43进行转动连接；所述的分气孔呈扇形结构。

所述的冷冻箱1的内侧上部设置有循环通道13，所述的循环通道13的下方设置有4个冷冻腔9，所述的冷冻箱1的内侧两端分别设置有回/排风腔11、液氮气化腔15，所述的冷冻腔9的一端与所述的液氮气化腔15相连通，另一端与所述的回/排风腔11相连通，所述的回/排风腔11的顶部与所述的循环通道13相连通，所述的液氮气化腔15的顶部设置有离心叶轮14，所述的离心叶轮14位于所述的循环通道13的一侧，所述的分气屏组件16位于所述的液氮气化腔15与冷冻腔9之间；所述的回/排风腔11上设置有2个单向风门10。冷冻腔9之间通过托板17进行分隔。所述的液氮气化腔15连接有电磁阀18。

所述的冷冻箱1包括冷冻主体6与冷冻密封保温门4，所述的冷冻密封保温门4的内侧设置有外层密封圈5，所述的冷冻主体6的外侧设置有冷冻密封门框8，所述的冷冻密封门框8上设置有内层密封圈7。冷冻箱1采用内外两道密封圈，整个冷冻箱1主体外部包裹超低温保温棉，以减少与外界的热交换，提升热效率。

所述的解冻箱3包括解冻主体20与解冻密封门22，所述的解冻密封门22的内侧设置有解冻密封条21，所述的解冻主体20的外侧设置有解冻封板框架23。

下面结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种分体式冻融机由冷冻箱1、操作屏2与解冻箱3组成，冷冻箱1和解冻箱3的操作可共用中间的操作屏2完成。采用内外两道密封圈，整个冷冻箱1外部包裹超低温保温棉，解冻箱3主体外包裹普通保温棉，以减少与外界的热交换，提升热效率。

如图2-图4所示，整个冷冻箱1主要包括冷冻主体6、冷冻密封保温门4、冷冻密封门框8，并采用内外两道密封圈，整个冷冻主体6外部包裹超低温保温棉，以减少与外界的热交换，提升热效率。

液氮经电磁阀18后喷射在高速旋转的离心叶轮14上，离心叶轮14将液氮打散到液氮气化腔15，液氮在气化腔气化膨胀压力升高，气化后的液氮经分气屏组件16均匀分到由托板17分割的4个冷冻腔9，此时根据冷冻温度传感器12反馈的温度与程序设置温度比较，来控制电磁阀18的通断，氮气经过冷冻腔9后进入回/排风腔11，一部分经单向风门10排到大气中，一部分经循环通道13被离心叶轮14重新吸入液氮气化腔15。

图3中箭头所指为氮气的循环路径。在冷冻时，因为液氮气化后迅速膨胀，气化腔、冷冻腔9、回/排风腔11内压力也随之升高，达到一定压力后会顶开单向风门10向外排放氮气。冷冻内循环是依靠离心叶轮14轴向吸风，切向排风的特性实现的，即从循环通道13内吸风，排到液氮气化腔15，形成循环。

如图12-图13示，当液氮在气化腔气化后，气化腔内各个位置的压力是不均匀的，致使冷冻腔9内四个区域的进气量会不同，冷冻腔9内各个区域的温度均一性会很差，分气屏组件16的主要作用就是，保证冷冻腔9内各个区域温度均衡；根据冷冻腔9内各个区域温度传感器反馈的温度，调节各个区域的进气孔的大小，使温度低的区域进气孔小一点，温度高的区域进气孔大一点。

分气底板41分成四个区域，通过调整每个区域的分气调整板42与分气孔组52的相对位置来达到调整进气量的目的，在分气底板41上以特定点为圆心切割出均布的6个扇形的分气孔，此6个扇形的分气孔组52成分气孔组52，将与分气孔组52同心亦同形的分气调整板42通过旋转锁紧轴43连接到分气底板41上，通过绕轴旋转分气调整板42调节进气孔的大小，待调整好后再将分气调整板42与分气底板41锁死固定。

如图5-图7所示，解冻箱3由解冻密封门22、解冻主体20、摇摆机构24与加热机构25组成，整个解冻箱3内可放置4组加热机构25，组装形式如图7所示。

如图8-图9所示，加热机构25的上下加热板27主体材质为铝合金，在其表面贴附硅胶加热板，上加热板29通过电机驱动齿轮、齿轮齿条啮合进行升降运动，当放入需解冻样品后，上加热板29下降压紧解冻样品，以保证加热板和样品紧密接触，以最大限度实现换热效率。

如图10-图11所示，将加热机构25的固定旋转轴30安装入固定侧板39的固定轴承孔38内，使加热机构25可以绕此轴旋转，将加热机构25的摆动旋转轴31安装入水平滑块36的摆动轴承孔37内，滚珠丝杠46在伺服电机49的驱动下带动竖直升降板40做上下运动，水平滑块36通过水平直线导轨安装在竖直升降板40上，同时水平滑块36在水平方向可自由滑动，这样水平滑块36就可实现由竖直运动和水平运动合成的圆弧运动，即可绕固定旋转轴30完成摆动，摆动幅度设置在-10°～+10°，在此区间可任意设置摆动幅度。

此摇摆机构24由单个伺服电机49驱动，带动多套组件同时做摇摆运动，实现了摆动幅度、速度、步调的一致，且摆动幅度和速度均可调。达到了对解冻样品变成液态后进行混匀的目的。

此摇摆机构由单个伺服电机驱动，带动多套组件同时做摇摆运动，实现了摆动幅度、速度、步调的一致，且摆动幅度和速度均可调。达到了对解冻样品变成液态后进行混匀的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。