一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，由正位移傳動系統(tǒng)、光合反應(yīng)系統(tǒng)和支撐附件組成。正位移傳動系統(tǒng)由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內(nèi)將藻液分段密封運送進入光合反應(yīng)系統(tǒng)，為藻液循環(huán)提供動力來源；光合反應(yīng)系統(tǒng)包括光合反應(yīng)管段、分水槽、水槽、連接管和出水管，光合反應(yīng)管段內(nèi)安轉(zhuǎn)單元組合轉(zhuǎn)子，為微藻光合反應(yīng)提供反應(yīng)場所；支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架，將整個系統(tǒng)支撐固定。本實用新型避免了微藻細胞受泵剪切力傷害，利于實現(xiàn)微藻高密度培養(yǎng)；分水槽所連接的光合反應(yīng)管段數(shù)目根據(jù)流量、流速及培養(yǎng)規(guī)模調(diào)整，結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強。
【專利說明】
_種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種用于微藻人工培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器，特別是涉及正位移輸送的管式光生物反應(yīng)器，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是光合效率最高的原始植物，比農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)率高出數(shù)十倍，是自然界生長最快的植物。藻類尤其是單細胞微藻能有效利用光能、二氧化碳和無機鹽類合成蛋白質(zhì)、油脂、碳水化合物、以及多種高附加值生物活性物質(zhì)。但自然界直接獲取的微藻并不能用于高附加值產(chǎn)品的提取，仍需要人工大規(guī)模培養(yǎng)獲取生產(chǎn)原料。微藻的高密度培養(yǎng)是實現(xiàn)微藻資源綜合開發(fā)利用的關(guān)鍵，而構(gòu)建適合于微藻生長的光生物反應(yīng)器則是實現(xiàn)微藻高密度培養(yǎng)的重要課題。
[0003]光生物反應(yīng)器一般指用于培養(yǎng)光合微小生物及具有光合能力的植物組織、細胞的設(shè)施或裝置，通常具有光、溫度、PH值、營養(yǎng)鹽、氣體交換等培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，能進行半連續(xù)或連續(xù)培養(yǎng)并具有較高的光能利用率，因而能獲得較高的生物密度和單位面(體)積產(chǎn)量。目前，光生物反應(yīng)器主要有開放式光生物反應(yīng)器和封閉式光生物反應(yīng)器兩大類，開放式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相對容易、制造價格低、易于實現(xiàn)，但開放式裝置有非常多的不足，它只能用于少數(shù)抗逆性強的藻種的培養(yǎng)，而且同時存在容易染雜菌、難以控制培養(yǎng)參數(shù)、水的蒸發(fā)量大、培養(yǎng)條件不穩(wěn)定等諸多問題，因而不少學者認為開放式光生物反應(yīng)器已沒有繼續(xù)提升的空間，從而將發(fā)展目光轉(zhuǎn)向了封閉式光生物反應(yīng)器。與開放式光生物反應(yīng)器相比，封閉式光生物反應(yīng)器生產(chǎn)期更長，各種參數(shù)控制精度更高，藻液濃度更高。目前封閉式反應(yīng)器已有管式、板式、氣升式、柱式等多種類型。與其他類型光生物反應(yīng)器相比，管式光生物反應(yīng)器具有光照比表面積大、培養(yǎng)參數(shù)易于監(jiān)測以及能夠連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，成為得到大規(guī)模應(yīng)用的光生物反應(yīng)器類型。
[0004]但是管式光生物反應(yīng)器也存在著混合傳質(zhì)效果較差、沿管長方向溶氧容易積累和微藻容易附生在反應(yīng)器內(nèi)壁等主要問題，影響了其應(yīng)用效果，特別是由于管式光生物反應(yīng)器一般直徑較小，清洗困難，附壁現(xiàn)象會嚴重影響管式光生物反應(yīng)器的生產(chǎn)效率和微藻生長密度的提高。針對以上問題，中國實用新型專利ZL201520040553.X提出一種智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)系統(tǒng)，利用流體流動帶動光合反應(yīng)器內(nèi)組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，微藻跟隨轉(zhuǎn)子內(nèi)外翻滾，產(chǎn)生擾流作用，增加混合微藻培養(yǎng)液在反應(yīng)器內(nèi)的徑向二次流，有利于養(yǎng)分傳質(zhì)分散，強化換熱。單元組合轉(zhuǎn)子對微藻培養(yǎng)密度有明顯促進作用，但是在該系統(tǒng)中必須采用栗來實現(xiàn)藻液的循環(huán)，若選擇離心栗、軸流栗等都會對微藻細胞產(chǎn)生剪切傷害，選擇蠕動栗不會有剪切力，但是流量過小，不能應(yīng)用于微藻規(guī)?；囵B(yǎng)。因而栗的選擇嚴重制約著智能調(diào)光自清潔管式光合生物反應(yīng)系統(tǒng)的性能。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，由正位移傳動系統(tǒng)、光合反應(yīng)系統(tǒng)和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統(tǒng)由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內(nèi)將藻液分段密封運送進入光合反應(yīng)系統(tǒng)，為藻液循環(huán)提供動力來源;光合反應(yīng)系統(tǒng)包括光合反應(yīng)管段、分水槽、水槽、連接管、出水管等，光合反應(yīng)管段內(nèi)安轉(zhuǎn)單元組合轉(zhuǎn)子，為微藻光合反應(yīng)提供反應(yīng)場所;支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架等，將整個系統(tǒng)支撐固定。
[0006]電機通過傳動軸帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，在鏈條的帶動下，從動齒輪圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，鏈條由內(nèi)鏈板和外鏈板通過銷釘穿過銷釘孔進行固定安裝，鏈條上均勻安裝有密封塞，密封塞主體與鏈條之間通過楔塊進行固定；密封圈可直接套在密封塞主體上，也可將密封塞主體加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈沿鏈條軸向滑動，當使用一段時間密封圈被磨損導(dǎo)致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈。隨鏈條的運動，密封塞通過入口錐進入上水管，并在上水管內(nèi)自下而上運動，密封塞主體外圈的密封圈與上水管管壁緊密配合，且上水管內(nèi)涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞下部管段體積增大壓力降低，水槽中的藻液跟隨密封塞運動而進入上水管，到達一定高度后通過出水管進入光合反應(yīng)系統(tǒng)。鏈條上均勻安裝密封塞的間距應(yīng)小于上水管長度，保證隨密封塞向上運動其上下空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓差，將藻液吸入上水管，實現(xiàn)藻液的正位移輸送，在整個系統(tǒng)中循環(huán)流動。
[0007]藻液進入光合反應(yīng)系統(tǒng)后，首先通過出水管進入分水槽，分水槽可根據(jù)流速、流量及生產(chǎn)規(guī)模等的需要與多根光合反應(yīng)管段相連接，分水槽與光合反應(yīng)管段由連接管連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。光合反應(yīng)管段內(nèi)裝有單元組合轉(zhuǎn)子，包括限位件、掛件、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，藻液流動帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生擾流，使營養(yǎng)成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。藻液經(jīng)過光合反應(yīng)管段后充分進行光合作用，流回水槽，其中水槽內(nèi)藻液高度應(yīng)高于入口錐入口端所在平面。
[0008]支撐附件為整個裝置提供支撐作用。電機架用于放置電機，使電機輸出端與主動齒輪中心在同一水平高度，通過傳動軸連接。支撐架、左橫梁與右橫梁組成光合反應(yīng)系統(tǒng)的支撐部分，分水槽搭在支撐架上，右橫梁開有半圓孔，用于光合反應(yīng)管段的固定。主動齒輪連接的傳動軸和從動齒輪連接的齒輪轉(zhuǎn)軸都連接在齒輪支撐板上，齒輪支撐板與左橫梁焊接在一起，將齒輪位置固定。
[0009]該光生物反應(yīng)器的光照采用外部光照，可根據(jù)需要將水槽密閉起來，形成封閉式培養(yǎng)環(huán)境，向水槽內(nèi)通二氧化碳，加取樣口等。
[0010]本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其優(yōu)點和作用為:
[0011](I)電機帶動下的齒輪傳動實現(xiàn)了密封塞在上水管內(nèi)對藻液的正位移輸送，使藻液在光合反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動，正位移輸送方式流量大，藻液流動能夠帶動單元組合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，本實用新型避免了微藻細胞受栗的剪切力傷害，利于實現(xiàn)微藻的高密度培養(yǎng)；
[0012](2)分水槽所連接的光合反應(yīng)管段數(shù)目可根據(jù)流量、流速及培養(yǎng)規(guī)模調(diào)整，結(jié)構(gòu)靈活，適應(yīng)性強；
[0013](3)動態(tài)循環(huán)的培養(yǎng)模式大大提高了微藻的生長速率，利于實現(xiàn)微藻的規(guī)?；囵B(yǎng)。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是圖1的俯視圖。
[0016]圖3是圖1的右視圖。
[0017]圖4是鏈條與密封塞配合處結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖5是圖4的左視圖。
[0019]圖6是圖4的俯視圖。
[0020]圖7是槽內(nèi)鏈條與密封塞配合處結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖8是光合反應(yīng)管段結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖中:1-從動齒輪，2-齒輪轉(zhuǎn)軸，3-入口錐，4-左橫梁，5-齒輪支撐板，6_上水管，7_電機架，8-電機，9-密封塞，I O-鏈條，11-主動齒輪，12-傳動軸，13-出水管，14-分水槽，15-連接管，16-支撐架，17-右橫梁，18-光合反應(yīng)管段，19-水槽，20-內(nèi)鏈板，21-銷釘孔，22-外鏈板，23-銷釘，24-密封塞主體，25-密封圈，26-楔塊，27-限位件，28-掛件，29-轉(zhuǎn)子，30-轉(zhuǎn)軸。
【具體實施方式】
[0023]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，由正位移傳動系統(tǒng)、光合反應(yīng)系統(tǒng)和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統(tǒng)由齒輪、傳動軸12、電機8、密封塞9、鏈條10、A 口錐3和上水管6組成，采用電機8帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條10傳動，使密封塞9在上水管6內(nèi)將藻液分段密封運送進入光合反應(yīng)系統(tǒng)，為藻液循環(huán)提供動力來源;光合反應(yīng)系統(tǒng)包括光合反應(yīng)管段18、分水槽14、水槽19、連接管15和出水管13等，光合反應(yīng)管段18內(nèi)安轉(zhuǎn)單元組合轉(zhuǎn)子，為微藻光合反應(yīng)提供反應(yīng)場所;支撐附件包括電機架7、齒輪支撐板5和支撐架16等，將整個系統(tǒng)支撐固定。
[0024]如圖4-圖7所示，電機8通過傳動軸12帶動主動齒輪11轉(zhuǎn)動，在鏈條10的帶動下，從動齒輪I圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動，鏈條10由內(nèi)鏈板20和外鏈板22通過銷釘23穿過銷釘孔21進行固定安裝，鏈條10上均勻安裝有密封塞9，密封塞主體24與鏈條10之間通過楔塊26進行固；密封圈25可直接套在密封塞主體24上，也可將密封塞主體24加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈25沿鏈條10軸向滑動，當使用一段時間密封圈25被磨損導(dǎo)致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈25。隨鏈條10的運動，密封塞9通過入口錐3進入上水管6，并在上水管6內(nèi)自下而上運動，密封塞主體24外圈的密封圈25與上水管6管壁緊密配合，且上水管6內(nèi)涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞9下部管段體積增大壓力降低，水槽19中的藻液跟隨密封塞9運動而進入上水管6，到達一定高度后通過出水管13進入光合反應(yīng)系統(tǒng)。鏈條10上均勻安裝密封塞9的間距應(yīng)小于上水管6長度，保證隨密封塞9向上運動，其上下空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓差，實現(xiàn)藻液的正位移輸送，在整個系統(tǒng)中循環(huán)流動。
[0025]如圖8所示，藻液進入光合反應(yīng)系統(tǒng)后，首先通過出水管13進入分水槽14，分水槽14可根據(jù)流速、流量及生產(chǎn)規(guī)模等的需要與多根光合反應(yīng)管段18相連接，分水槽14與光合反應(yīng)管段18由連接管15連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。光合反應(yīng)管段18內(nèi)裝有單元組合轉(zhuǎn)子，包括限位件27、掛件28、轉(zhuǎn)子29和轉(zhuǎn)軸30，藻液流動帶動轉(zhuǎn)子29轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生擾流，使營養(yǎng)成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。藻液經(jīng)過光合反應(yīng)管段18后充分進行光合作用，流回水槽19，其中水槽19內(nèi)藻液高度應(yīng)高于入口錐3入口端所在平面。
[0026]支撐附件為整個裝置提供支撐作用。電機架7用于放置電機8，使電機8輸出端與主動齒輪11中心在同一水平高度，通過傳動軸12連接。支撐架16、左橫梁4與右橫梁17組成光合反應(yīng)系統(tǒng)的支撐部分，分水槽14搭在支撐架16上，右橫梁17開有半圓孔，用于光合反應(yīng)管段18的固定。主動齒輪11連接的傳動軸12和從動齒輪I連接的齒輪轉(zhuǎn)軸2都連接在齒輪支撐板5上，齒輪支撐板5與左橫梁4焊接在一起，將齒輪位置固定。
[0027]該光生物反應(yīng)器的光照采用外部光照，可根據(jù)需要將水槽19密閉起來，形成封閉式培養(yǎng)環(huán)境，向水槽19內(nèi)通二氧化碳，加取樣口等。
【主權(quán)項】
1.一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:主要由正位移傳動系統(tǒng)、光合反應(yīng)系統(tǒng)和支撐附件三部分組成，正位移傳動系統(tǒng)由齒輪、傳動軸、電機、密封塞、鏈條、入口錐和上水管組成，采用電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過鏈條傳動，使密封塞在上水管內(nèi)將藻液分段密封運送進入光合反應(yīng)系統(tǒng)，為藻液循環(huán)提供動力來源;光合反應(yīng)系統(tǒng)包括光合反應(yīng)管段、分水槽、水槽、連接管、出水管等，光合反應(yīng)管段內(nèi)安轉(zhuǎn)單元組合轉(zhuǎn)子，為微藻光合反應(yīng)提供反應(yīng)場所;支撐附件包括電機架、齒輪支撐板和支撐架等，將整個系統(tǒng)支撐固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:電機通過傳動軸帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，在鏈條的帶動下，從動齒輪圍繞齒輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，鏈條由內(nèi)鏈板和外鏈板通過銷釘穿過銷釘孔進行固定安裝，鏈條上均勻安裝有密封塞，密封塞主體與鏈條之間通過楔塊進行固定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:密封圈可直接套在密封塞主體上，也可將密封塞主體加工為中間帶槽的形狀，避免密封圈沿鏈條軸向滑動，當使用一段時間密封圈被磨損導(dǎo)致密封不嚴時，可拆下安裝新的密封圈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:密封塞通過入口錐進入上水管，并在上水管內(nèi)自下而上運動，密封塞主體外圈的密封圈與上水管管壁緊密配合，且上水管內(nèi)涂有聚四氟乙烯涂層來減少磨損，密封塞下部管段體積增大壓力降低，水槽中的藻液跟隨密封塞運動而進入上水管，到達一定高度后通過出水管進入光合反應(yīng)系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:鏈條上均勻安裝密封塞的間距應(yīng)小于上水管長度，保證隨密封塞向上運動其上下空間內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓差，將藻液吸入上水管，實現(xiàn)藻液的正位移輸送，在整個系統(tǒng)中循環(huán)流動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:分水槽與光合反應(yīng)管段由連接管連接，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接等方式。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:光合反應(yīng)管段內(nèi)裝有單元組合轉(zhuǎn)子，包括限位件、掛件、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，藻液流動帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生擾流，使營養(yǎng)成分、二氧化碳、微藻細胞等都更加均勻分布。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:藻液經(jīng)過光合反應(yīng)管段后充分進行光合作用，流回水槽，其中水槽內(nèi)藻液高度應(yīng)高于入口錐入口端所在平面。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:支撐附件為整個裝置提供支撐作用，電機架用于放置電機，使電機輸出端與主動齒輪中心在同一水平高度，通過傳動軸連接;支撐架、左橫梁與右橫梁組成光合反應(yīng)系統(tǒng)的支撐部分，分水槽搭在支撐架上，右橫梁開有半圓孔，用于光合反應(yīng)管段的固定;主動齒輪連接的傳動軸和從動齒輪連接的齒輪轉(zhuǎn)軸都連接在齒輪支撐板上，齒輪支撐板與左橫梁焊接在一起，將齒輪位置固定。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正位移輸送管式光生物反應(yīng)器，其特征在于:光照采用外部光照，將水槽密閉起來，形成封閉式培養(yǎng)環(huán)境，向水槽內(nèi)通二氧化碳，增加取樣口。
【文檔編號】C12M1/24GK205590687SQ201620372830
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】楊衛(wèi)民, 王晗, 關(guān)昌峰, 閻華 , 何立臣, 丁玉梅
【申請人】北京化工大學